第四章电磁学实验

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1、第四章电磁学实验电磁学实验基本知识电磁学是现代科学技术的主要基础之一，在此基础上发展起来的电工技术和电子技术不仅广泛应用于农业、工业、通讯、交通、国防以及科学技术的各个领域，并且已经深入到家用设备，对国计民生有十分重要的意义。掌握电磁学实验研究的基本方法已成为各学科领域的基本要求。电磁学从其建立之初就是一门实验科学。很早以前，人们就发现了毛皮擦过的琥珀能吸引轻微物体。后来，随着著名的库仑定律、安培定律等实验定律的提出，电磁学逐渐形成了日益完整的理论体系。现代的电磁学实验尽管所用仪器设备已经很复杂、精密，但仍然是人们观察研究电磁现象，学习理论知识的重要途径。并通过这些实验

2、掌握各种电磁测量的基本技能。电磁学实验包括，基本电磁量的测量方法及主要电磁测量仪器仪表的工作原理和使用方法两部分。但是不同性质的电磁量的测量有很大差异，所用仪器也千差万别。下面简单介绍电磁测量的方法、电磁学实验中常用的一些仪器及电磁学实验中一般应遵循的操作规则。一、电磁测量的方法1．电磁测量的作用、特点和内容（1）电磁测量的作用物理实验是物理学的基础，是物理教学的一个重要环节。电磁学实验是物理实验的一个重要组成部分，它可以使学生在实验室中对电磁学的基本规律、基本现象进行观察、分析和测量。电磁测量在测量技术中占有重要的地位。电磁测量的方法是测量技术中的基本方法，电磁测量仪

3、器、仪表是基本的测量器具，在测量技术领域中，都不同程度地使用电磁测量仪器、仪表。电磁测量的范围很广泛，尤其是近年来随着科学技术的发展，电磁测量技术突飞猛进，测量仪器的制造工艺不断改进，使电磁学实验内容更加丰富。电磁测量，可以实现各种电磁量和电路元件特性的测量，还可以通过各种传感器，将各种非电量转换为电量进行测量。电磁测量在物理学和其他科学领域中获得了极其广泛的应用，已经成为科学研究及工农业生产的强有力的手段。（2）电磁测量特点电磁测量之所以成为科研与现代生产技术的重要基础，是因为它具有以下特点：1）测量精度高。特别是从1990年起，使电学计量体系的基准从实物基准过渡到量

4、子基准，从而可以利用这些量子标准来校准电子测量仪器，使电子仪器与测量技术的精确度达到－9接近理论值的水平。例如数字式电压表的分辨率可达10伏。2）反应迅速。电子仪器与电子测量速度是很快的，也就是说响应时间很短。3）测量范围大。电子仪器的测量数值范围和工作的量程是很宽的。如数字电压表的量11－517程可达10伏以上，数字欧姆表可测范围为10欧至10欧。4）可进行遥控，实现远距离测量。5）可实现自动化测量。6）非电量可以通过传感器转换为相应的电磁量进行测量。（3）电磁测量的内容电磁测量的内容非常广泛，包括以下几个方面：1）电磁量的测量。例如电压、电流、电功率、电场强度、介电

5、常数、磁感应强度、磁导率等的测量。2）信号特性的测量。例如信号频率、周期、相位、波形、逻辑状态等的测量。3）电路网络特性的测量。例如幅频特性、相移特性、传输系数等的测量。4）电路元器件参数的测量。例如电阻、电容、电感、耗损因数、Q值、晶体管参数等的测量。5）电子仪器性能的测量。例如仪器仪表的灵敏度、准确度，输入、输出特性等的测量。6）各种非电量（例如温度、位移、压力、速度、重量等）通过传感器转化为电学量的测量。2．电磁测量的方法电磁测量的内容很丰富，测量的方法也很多，一个物理量，常可以通过不同的方法来测量。（1）测量方法的分类电磁测量的方法很多，分类方式也各不相同，除了

6、可分为大家所熟悉的“直接测量法”和“间接测量法”以外，还常将电磁测量方法分为“直读测量法”和“比较测量法”两大类。1）直读测量法直读测量法是根据一个或几个测量仪器的读数来判定被测物理量的值，而这些测量仪器是事先按被测之量的单位或与被测之量有关的其它量的单位而分度的。直读测量法又可以分为两种。一是直接测量法（或称直接计值法）。例如用安培表测量电流，用伏特表测量电压，用欧姆表测量电阻。测量仪器安培表、伏特表和欧姆表的刻度尺是分别按安培、伏特和欧姆事先分度的。这种情况，被测量的大小直接从仪器的刻度尺上读出，它既是直读法又是直接测量法。二是间接测量法（或称间接计值法）。例如利用

7、部分电路欧姆定律R＝V／I，用安培表直接测量流过待测电阻的电流I，用伏特表直接测量电阻两端的电压V，然后间接计算出电阻值R。这种方法使用的仍然是直读式仪器，而被测的量R是由函数关系R＝V／I计算得到的。直读测量法由于方法简单，被普遍采用，但是由于其准确度比较低（相对于比较法），因此适用于对测量结果不要求十分准确的各种场合。2）比较测量法比较测量法是将被测的量与该量的标准量作比较而决定被测的量值的方法。这种方法的特点，是在测量过程中要有标准量参加工作。例如用电桥测量电阻，用电位差计测量电压的方法都是比较法。比较测量法也有直接测量和间接测量两