电磁学实验基本知识[1].pdf

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1、电磁学实验基本知识一一一、【一、【电磁学实验常用仪器】】】（（（一（一一一））））电表电表实验电表按其用途可分为直流电表和交流电表；按其结构可分为指针式电表和数字式电表。为了讨论方便，我们按照结构分类。1．．．指针式直流电表（（（1））））微安表微安表磁电式微安表的结构如图1所示，在永久磁铁两极（N极未画出）之间，有圆柱形软铁芯1，在磁铁和铁芯间的空隙中磁场较强，而且磁感应线均匀地沿径向分布（见图2）。铝框装在转轴上，其上绕有线圈2，被轴承支撑住的转轴两端各有一个绕向相反的游丝3（即弹簧），轴的一端还固定一个指针4，能随轴一起旋转。在表壳面上有一个

2、调零螺丝，旋转它可以调节游丝张力，使指针指在零位。图1图21—圆柱形软铁芯；2—线圈；3—游丝；4—指针当电流通过线圈时，它受电磁力矩的作用而旋转。由于线圈平面和磁感应线均沿着半径方向，所以线圈在各个位置上所受的电磁力矩T的方向都与磁感应线垂直，其大小为T=NISB（1）其中N、S分别为线圈的匝数和面积，B为气隙中磁感应强度，而I为通过线圈的电流。当线圈转动时，游丝逐渐被卷紧，它产生对线圈施加反方向的恢复力矩T'，以反抗其旋转。T'的大小与线圈转过的角度a成正比，即T'=K'a（2）式中K'为游丝的扭转恢复系数，当电磁力矩T与恢复力矩T'平衡时，线

3、圈停止旋转，这时T和T'的大小相等，即NISB=K'a或写成NSBa=I=KIK'其中K称为测量机构的电流灵敏度，它表示单位电流所产生的偏转角。从式K=NSB/K'看出N、S、B愈大，则电流计灵敏度愈高。图3所示为微安表的表面。从图中可以看出：第一，刻度1是以微安为单位，而不是以指针2的偏转为单位；第二，零刻度在表面的最左端，即偏转线圈没有电流通过时，指针指在该位置；第三，表面刻度均匀分度，指针偏转到满刻度时的电流为100μA。满刻度电流又称为量程。常用微安表量程有50、100、250和500μA等数种。量程和内阻是微安表的两个参数。所谓内阻就是图

4、3偏转线圈1—刻度；2—指针；3—接线端钮；的电阻，一般在几百欧～几千欧之间，常用Rg表示。4—反光镜；5—调零螺丝（（（2）））直流电流表）直流电流表如图4所示，将微安表和电阻Rs并联后，可将其量程扩大而成为电流表。改变Rs的数值，就可改变电流表的量程。图4图5电流表常有多个量程。如图5所示的电流表，就有三个量程，分别为15、30和60mA。各量程分别有一个端钮作正极，负极共用一个端钮。电流表的内阻等于微安表内阻Rg和电阻Rs相并联后的总电阻。（（（3））））直流电压表直流电压表如图6所示，将微安表和电阻RM串联后就成为直流电压表。改变RM的数值

5、，就可以改变电压表的量程，亦即改变指针转到满刻度时的电压值。电压表也常有多个量程。如图7所示的电压表有三个量程，分别为1.5、3和7.5V。电压表内阻等于微安表内阻Rg和串联电阻RM之和。在表面上常用每伏欧姆数（Ω/V）表示，因此，电压表的内阻可用下式计算：电压表内阻=量程×每伏欧姆数例如，对于量程为0—1.5—3—7.5的电压表，若每伏电阻数为1000Ω（1000Ω/V），则各量程电阻分别为1500Ω、3000Ω、7500Ω。（（（4（444））））灵敏电流计灵敏电流计前述的微安表是利用轴承将偏转线圈的转轴支撑住，并借助于游丝产生恢复力矩。由于游

6、丝的扭转恢复系数K'较大，故电流表灵敏度不够高，再考虑到转轴和轴承间的摩擦，所以，微安表的线圈对微弱电流的反应是不易察觉的。图6图7灵敏电流计主要用来检测电路中的微弱电流，因此，必须设法提高灵敏度。为此，电流计的偏转线圈1改用磷铜合金制成的悬丝2悬挂着，而指针3就固定在线圈上，如图8所示。电流就从悬丝及下方的引线通入线圈。由于悬丝的扭转恢复系数较小，故电流灵敏度大大提高。图8图91－小旋扭；2—白点；3—零位调节钮；4—指针；5—接线端钮；6—按钮；7—平面镜；8—刻度尺；9—红点由于电流计的用途主要是用来检测电路中有无电流通过及电流方向。因此，其

7、刻度采用零点居中式，而且刻度上也不标出相应的电流值。灵敏电流计分光点反射式和指针式两类。图9为实验室常用的指针式灵敏电流计（型号为AC5/3）的面板图。其使用方法如下：①将小旋钮1转向白点2，再转动零位调节钮3，使指针4对准零点。②将“+”、“-”两个接线端钮5串接在待检测电流的电路中，若在测量时指针偏向有“+”号的刻度，表示电流从标有“+”号的接线端钮流入，反之，电流就从标有“-”号的接线端钮流入。③确信电路只有微弱电流通过时，可按下标有“电计”的按钮6，这时，电流计已接入电路中。若无法判断电路电流的大小，可用一适当阻值的变阻器和电流计串联，限制

8、电路的电流。在测量过程中，可随着指针偏转角的减小逐步降低变阻器的阻值。这个变阻器称保护电阻。④在标有“电计”的按钮松开的情