实验十三 用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线

实验十三    用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
实验十三    用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线

实验十三用示波器法测量铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线本实验中用交流电对铁磁材料样品进行磁化,测得的B H

-曲线称为“动态磁滞回线”。【实验目的】

1.利用动态法测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线;

2.了解磁性材料的基本特性;

3.了解磁性材料的退磁以及磁锻炼的方法。

【实验仪器】

TH/KH—MHC型智能磁滞回线实验仪、磁滞回线测试仪、示波器、电源、导线等。

【实验原理】

磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料磁特性的主要特征。本实验仪用交流电对铁磁材料样品进行磁化,测绘的B-H曲线称为动态磁滞回线。测量铁磁材料动态磁滞回线的方法很多,用示波器测绘动态磁滞回线具有直观、方便、迅速及能在不同磁化状态下(交变磁化及脉冲磁化等)进行观察和测绘的独特优点。

1.铁磁材料的磁滞特性

铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)均属铁磁物质。其特性之一是在外磁场作用下能被强烈磁化,故磁导率μ=B/H 很高。另一特征是磁滞,铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B 之间关系的特性。即磁场作用停止后,铁磁物质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。

将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化,图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O,当磁场强度H从零开始增加时,磁感应强度B随之从零缓慢上升,如曲线oa所示,继之B随H迅速增长,如曲线ab所示,其后B的增长又趋缓慢,并当H增至H S时,B达到饱和值B S,这个过程的oabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小,这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明,当磁场从H S逐渐减小至零,磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,对应的B值比原先的值大,说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。比较线段OS和SR可知,H减小B相应也减小,但B的变化滞后于H的变化,这种现象称为磁滞。磁滞的明显特征是当H=O时,磁感应强度B值并不等于0,而是保留一定大小的剩磁Br。

当磁场反向从O逐渐变至-H D时,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,可以施加反向磁场。当反向磁场强度等于某一定值H D时,磁感应强度B值才等于0,H C称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,曲线RD称为退磁曲线。如再增加反向磁场的磁场强H,铁磁材料又可被反向磁化达到反方向的饱和状态,逐渐减小反向磁场的磁场强度至0时,B值减小为Br。这时再施加正向磁场,B值逐渐减小至0后又逐渐增大至饱和状态。

图1还表明,当磁场按H S→O→H C→-H S→O→H D′→H S次序变化,相应的磁感应强度B 则沿闭合曲线S

'变化,可以看出磁感应强度B值的变化总是滞后于磁场强度H的变

R'

SRD'S

D

化,这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。磁滞是铁磁材料的重要特性之一,研究

铁磁材料的磁性就必须知道它的磁滞回线。各种不同铁磁材料有不同的磁滞回线,主要是磁滞回线的宽、窄不同和矫顽力大小不同。

当铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化时将会发热,要消耗额外的能量,因为反复磁化时磁体内分子的状态不断改变,所以分子振动加剧,温度升高。使分子振动加剧的能量是产生磁场的交流电源供给的,并以热的形式从铁磁材料中释放,这种在反复磁化过程中能量的损耗称为磁滞损耗,理论和实践证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

应该说明,当初始状态为H =B =O 的铁磁材料,在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化,可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线,如图2所示,这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线。

图1 铁磁物质B 与H 的关系曲线 图2 铁磁材料的基本磁化曲线 可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据,图3为常见的两种典型的磁滞回线,其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力小(<102A/m)、剩磁和磁滞损耗均较小,磁滞特性不显著,可以近似地用它的起始磁化曲线来表示其磁化特性,这种材料容易磁化,也容易退磁,是制造变压器、继电器、电机、交流磁铁和各种高频电磁元件的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽,矫顽力大(>102A/m ),剩磁强,磁滞回线所包围的面积肥大,磁滞特性显著,因此硬磁材料经磁化后仍能保留很强的剩磁,并且这种剩磁不易消除,可用来制造永磁体。

2.示波器测绘磁滞回线原理

待测样品为EI 型矽钢片,N 为励磁绕组,n 为用来测量磁感应强度B 而设置的绕组。R 1为励磁电流取样电阻,设通过N 的交流励磁电流为i ,根据安培环路定律,样品的磁场强度:

;L 为样品的平均磁路

观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图4所示。

L

Ni H

图3 不同铁磁材料的磁滞回线

图4 智能磁滞回线实验线路

(1) 式中的N 、L 、1R 均为已知常数,磁场强度H 与示波器X 输入1U 成正比,所以由1U 可确定H 。

(4-1)

在交变磁场下,样品的磁感应强度瞬时值B 是由测量绕组n 和22C R 电路确定的。根据法拉第电磁感应定律,由于样品中的磁通φ的变化,在测量线圈中产生的感应电动势的大小为式中S 为样品的横截面积。

(4-2)

考虑到测量绕组n 较小,如果忽略自感电动势和电路损耗,则回路方程为: 2222U R i ε+=

式中2i 为感生电流,U 2为积分电容C 2两端电压。设在Δt 时间内,i 2向电容2C 的充电电量为Q ,则

如果选取足够大的R 2和C 2,使得22R i >> ,则上式可以近似改写为

222R i =ε ∵ (4-3) 将(4-3)式两边对时间t 积分,代入(4-2)式可得

(4-4)

4-1式中C 2、R 2、n 和S 均为已知常数。磁场强度B 与示波器Y 输入U 2成正比,所以由U 2可确定B 。在交流磁化电流变化的一个周期内,示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线,并在以后每个周期都重复此过程,这样在示波器的荧光屏上可以看到稳定的磁滞回线。综上所述,将图5中的U 1和U 2分别加到示波器的“X 输入”和“Y 输入”便可观察样品的B -H 曲线;如将U 1和U 2加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度B S 、剩磁R r 、矫顽力H D 、磁滞损耗[BH]以及磁导率μ等参数。

1

1

U LR N

H ?=

1

1R U i =?=dt n 21ε??==dt nS

S B 21ε?dt d n ?ε=22

2C Q U =

2

222C Q R i ε+

=∴2

C Q dt dU C dt dQ

i 222==dt

dU R C ε2222=∴2S 22U n R C B =

【实验步骤与要求】

1).电路连接:选样品1按实验仪上所给的电路图连接线路,并令R 1=2.5Ω,“U 选择”置于O 位。U H 和U B (即U 1和U 2)分别接示波器的“X 输入”和“Y 输入”,插孔⊥为公共端;

图5 退磁示意图 图6 U 2和B 的相位差等因素引起的畸变

2).样品退磁:开启实验仪电源,对试样进行退磁,即顺时针方向转动“U 选择”旋钮,令U 从0增至3V ,然后逆时针方向转动旋钮,将U 从最大值降为O ,其目的是消除剩磁,确保样品处于磁中性状态,即B =H =0,如图5所示;

3).观察磁滞回线:开启示波器电源,调节示波器,令光点位于荧光屏坐标网格中心,令U =2.2V ,并分别调节示波器x 和y 轴的灵敏度,使荧光屏上出现图形大小合适的磁滞回线(若图形顶部出现编织状的小环,如图6所示,这时可降低励磁电压U 予以消除)。记录下S H ±,S B ±,C H ±,r B ±各点坐标值,用div 表示。(磁滞回线居中);填下表1,并在报告中用坐标纸画出示意图;

表1

4).观察基本磁化曲线,按步骤2对样品进行退磁,从U =0开始,逐档提高励磁电压,将在荧光屏上得到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本磁化曲线,记录下各电压下相应S H +,S B +的坐标值,用div 表示。填下表1,并在报告中用坐标纸画出示意图;

表2

注意:实验过程中不能改变示波器x 和y 轴的灵敏度,。

5).换样品2,重复上述步骤,并观察、比较样品1和样品2磁化性能的不同。 【思考题】

实验十四 夫兰克—赫兹实验

夫兰克——赫兹实验能研究电子与原子碰撞前后的能量变化,可以观测到汞或氩原子的激发电位和电离电位,从而证明原子能级的存在,为玻尔的原子结构理论假说提供有力的实验证据。

一、实验目的

(1)用实验的方法测定汞或氩原子的第一激发电位,从而证明原子分立态的存在; (2)了解电子与原子之间的弹性碰撞和非弹性碰撞。 (3)观察实验现象,加深对玻尔原子理论的理解。 二、实验仪器

夫兰克-赫兹实验仪、电源、示波器。 三、原理和方法

1.玻尔关于原子理论的基本内容

1913年,玻尔(N. bohr )在核式模型的基础上,提出了三个基本假设用于解释氢原子光谱结构,获得了巨大成功。玻尔提出的关于原子理论的三个基本假设是:(1)原子只能较长久地停留在一些稳定状态,简称“定态”,原子在这些状态时不发射也不吸收能量,各定态的能量是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变,只能使原子从一个定态跃迁到另一个定态;(2)原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射能量时,其频率是一定的;(3)电子绕核运动中,其稳定状态必须满足量子化条件。

原子在通常情况下处于低能级(对应于基态),当原子从外界吸收足够能量后,可从低能级跃迁到高能级(对应于激发态)。从基态跃迁到第一激发态时原子所需要的能量称为“临界能量”。原子从低能级跃迁到高能级所需要的能量可以通过吸收具有一定频率的光子来实现,也可通过与其它高速运动粒子的非弹性碰撞而获得能量。本实验中采用电子与原子碰撞的形式给氩原子传递能量。

设电子被加速到原子激发的临界能量的加速电压为0U ,即

021eU E E =-

(5.7-1)

式中,1E 和2E 分别为原子处于基态和第一激发态时的能量,而0U 则称为原子的第一激发电势。

测定第一激发电势,便于确认原子能级的存在,了解原子的有关物理、化学以及光学等性质。

2.夫兰克-赫兹实验的基本原理

夫兰克-赫兹实验(简称F-H 实验)的原理如图1所示。其中夫兰克-赫兹管(简称F-H 管)是一只具有双栅极结构的柱面型四极管,管内充有待测的氩气。第一栅极1G 与阴极K 之间加上约2V 的电压,由电源G1K U 提供,其作用是消除空间电荷对阴极散射电子的影响,提高发射效率。灯丝电源H U 加热灯丝H ,当灯丝H 加热时,阴极的氧化层发射慢电子,慢电子在栅极

2G 和阴极K 间的加速电场的作用下被加速而取得越来越大的能量,并通过管内氩气朝栅极2

G 运动。由于阴极与2G 的距离较大,电子在加速向2G 运动的过程中,可能会与氩原子发生多次碰撞,有的可以穿越加速区间到达2G ,有的却无法到达2G ,有的即使勉强到达,而所具有的定向速度已经很小了。电源G2A U 在栅极2G 和极板之间建立一个拒斥场,它使到达2G 附近而能量小于G2A eU 的电子不能到达极板A 。测量极板电路中的电流,可以得知到达基本的电子

G2K 2碰撞,导致A I 的下跌,形成具有周期性的A G2K I U -变化,如图2所示。两峰之间的电势差称为氩原子的第一激发电势。 四、实验内容

1.准备工作

(1)连着好夫兰克-赫兹实验仪和示波器,插上电源,拨动电源开关;

(2)将“手动/自动”切换开关置“自动”档,扫描速度开关调至“快速”, 把Ip 电流增益波段开关拨至“10nA ”档;

(3)打开示波器开关,分别将“X ” 、“Y ”电压调节旋钮调至“1V ”和“2V ”,“POSITION ”调至“x —y ”,“直交流”全部打到“DC ”;

(4)按照仪器上的工作参数设置好V p 、V G1、V f ,将V G2调至最大,此时可以再示波器上观察到稳定的氩的Ip ~ V G2曲线;

(5)将“手动/自动”切换开关置“手动”档,将V G2调至最小,缓慢旋转“V G2”调节旋扭,使电压表读数从0V 逐渐增大,分别记录各个峰和谷附近时V G2和电流表Ip 的读数值(只能

看电流表,不能从示波器上看,因为二者不同步),每个峰或谷处及两边各测三个值;

(6)以V G2为横坐标、为Ip纵坐标,在坐标纸上作出Ip~ V G2图线。

四、实验数据记录及处理

1、各个峰和谷附近时V G2和电流表Ip的读数值

2、以V G2为横坐标、为Ip纵坐标,在坐标纸上作出Ip~ V G2图线。

五、思考题

1.提问:如何使F—H实验装置中的恒温罐内的温度保持恒定?

回答:当恒温罐内的温度达到预定值时,调节温控旋钮,使温控指示灯刚好变暗。等几分钟后,如果指示灯又自动亮起来,则说明恒温罐内的温度已其本恒定。

2.提问:如果拒斥电压小于1.5v,对实验结果有什么影响?

回答:如果拒斥电压远小于1.5v,则拒斥电压产生的电场很弱,电子在该电场中运动时受到的作用力很小,因而,即使能量很小的电子也可从栅极到达板极,形成板极电流。在这种情况下,板极电流随加速电压变化时出现的极大值不明显,测出的数据不精确。

3.提问:在定性观察板极电流随加速电压的变化规律时,如果板极电流出现的极大值不明显,则应如何调节?

回答:如果板极电流出现的极大值不明显,则首先将拒斥电压调至1.5v,然后,反复调节放大及调零旋钮(这是该实验的关键之处),使板极电流在30~45μA之间变化,且出现比较明显的极大值。

4.提问:为什么I G2A-U G2K曲线上的各谷点电流随U G2K的增大而增大?

回答:电子与汞原子的碰撞有一定的几率,总会有一些电子逃避了碰撞,穿过栅极而到达板极。随着U G2K的增大,这些电子的能量增大,因此在I G2A-U G2K曲线上的各谷点电流也随着增大。

5.提问:温度对充汞F-H管的I G2A-U G2K曲线有什么影响?

回答:当温度过大时,单位体积内的汞原子数增加,电子的平均自由程减小,电子与汞原子的碰撞次数增加,因此,在整个加速过程中,弹性碰撞的总能量损失相应增大,其I G2A电流减小。

6.提问:在I G2A-U G2K曲线上,为什么对应板极电流I G2K第一个峰的加速电压U G2K不等于4.9V?

回答:对应板极电流I G2K第一个峰的加速电压U G2K不等于4.9V的主要原因是:由于阴极与栅极不是由同一种材料组成,其间存在接触电势差。

实验十五用光电效应测普朗克常数

一、【实验目的】

(1)了解光电效应的基本规律;

(2)掌握光电管的一些主要特性,学会正确使用光电管;

(3)册来那个光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的截止电压;

(4)验证爱因斯坦方程,并由此求出普朗克常数。

二、实验仪器:

暗盒(内装光电管或光电三极管及小灯)、光电效应实验仪

三、实验原理

1. 光电效应

金属在光的照射下释放出电子的现象叫做光电效应。根据爱因斯坦的“光量子概念”,每一个光子具有能量,当光照射到金属上时,其能量被电子吸收,一部分耗于电子的逸出功

,另一部分转换为电子逸出金属表面后的动能。由能量守恒定律得

(2.2-1)

此式称为爱因斯坦光电方程。式中h为普朗克常数,为入射光的频率,m为电子质量,为电子的最大速度,上式右边第一项为电子最大初动能。用光电方程圆满解释了光电效应的基本实验事实:

电子的初动能与入射光频率呈线性关系,与入射光的强度无关。任何金属都存在一截止频率,,又称红限,当入射光的频率小于时,不论光的强度如何,都不产生光电效应。此外,光电流大小(即电子数目)只决定于光的强度。

2. 验证爱因斯坦光电方程,求普朗克常数

本实验采用“减速电位法”决定电子的最大初动能,并由此求出普朗克常数h。实验原理如图2.2-1所示。图中K为光电管阴极,A为阳极。当频率为ν的单色光入射到光电管阴极上时,电子从阴极逸出,向阳极运动,形成电流。当为正值时,越大,光电流越大,当电压达到一定值时,光电流饱和,如图2.2-2中虚线所示。若达到某一负值时,光电流为零,称为遏止电位或截止电压。这是因为从阴极逸出的具有最大初动能的电子不能穿过反向电场到达阳极,即

(2.2-2)

将(2.2-2)代入(2.2-1)式得

当用不同频率的单色光照射时,有

……

联立其中任意两个方程,得

(2.2-3)

由此可见,爱因斯坦光电方程提供了一种测量普朗克常数

的方法,如果从实验所得的关系是一条直线(如图

2.2-3),其斜率k=h/e,e为电子电荷,由此可求出常数h。这

也就证实了光电方程的正确性。

3. 光电管的实际U-I特性曲线

由于下述原因光电管的实测U-I特性曲线如图2.2-2中

实线所示,光电流没有一个锐截止点。

(1) 在光电管制造过程中,有些光阴极物质溅射到阳级上,受光照射(包括漫反射光)时,阳极也会发射光电子,使光电管极间出现反向电流(阳极电流)。

(2) 无光照射时,在外加电压下,光电管中仍有微弱电流流过,称为暗电流。这是由于光电管电极在常温下的热电子发射以及管座和管壳外表面的漏电造成的。

(3) 阳极和阴极材料不同引起的接触电位差。

4、遏止电位的确定

由于上述原因使遏止电位的确定带有很大的任意性。实验时应根据光电管的不同结构与性能,采用不同方法确定。

(1)阴极是平面电极、阳极做成大环形可加热结构的光电管(如国产1997型或GDh-1型)其阴极电流上升很快,反向电流较小,特性曲线与横轴的交点可近似当作遏止电压,这种方法称为“交点法”。

(2)阴极为球壳形、阳极为半径比阴极小得我的同心小球的光电管(如GD-4开型),反向电

流容易饱和,可以把反向电流进入饱和时的拐点(图2.2-2中)电压近似作为遏止电位,这种方法叫做“拐点法”。

不过,不论采用什么方法,均在不同程度不同上引起系统误差,使测量h的误差较大。

四、实验内容

1. 手动测量光电管的U-I特性曲线。

(1)将光源、光电管暗盒、微电流放大器等安放在适当位置,光源与光电管的距离取30~50cm,注意两者光路共轴。暂不接线。接通微电流测量放大器电源,预热10~20分钟,进

行微电流测量放大器的调零和校准。方法是:“校准、调零、测量”开关置于“调零校准”档,置“电流调节”开关于短路档,调节“调零”旋钮使电流表指零,然后“电流调节”拨向“校准”,调“校准”旋钮使电流表指100,调零和校准可反复调整,使之都能满足要求。

(2)用电缆将光电管阴级K与微电流放大器后面板上的“电流输入”相连,用双芯导线将光电管阳极与地连接到后面板的“电压输出”插座上。点亮汞灯。

(3) 测量光电管的暗电流.用遮光罩盖住光电管暗盒窗口,将“调零、校准、测量”开关置于“测量”,测量放大器的电压选择置于“直流”,电流调节置10-10A或10-11A,旋动“电压调节”旋钮,读出-2~+1V间若干电压下相应的电流值,即光电管暗电流。

(4)测不同波长的单色光照射时光电管的U-I特性曲线。取下遮光罩,换上滤色片,逐步改变光电管阳极电压,记录相应的光电流。

逐次换上5个滤色片,测出不同波长下的U-I曲线,在电流变化明显的地方多测几点,以便准确定出。

注意事项:汞灯熄掉后要等几分钟才能再点燃,所以一般不要轻易关汞灯。

五、数据记录及处理(课参考课本P258)

1. 手动测量的数据记录

2. 手动测量的数据处理

(1) 在同一张坐标线上,作不同波长的单色光照射时的U-I特性曲线,确定对应的。

(2) 作-图线。若为直线,则爱因斯坦方程得到验证。

(3) 同-图线的斜率求出普朗克常数h。并与h的公认值比较,估计h的测量误差。

六、思考题

1、实验误差产生的主要原因是什么?如何减少实验误差?

图2 二向色性起偏

实验十六 光的偏振现象的研究

光的偏振性质证实了光波是横波,即光的振动方向垂直于它的传播方向。对光波偏振性质的研究不仅使人们加深了对光的传播规律和光与物质相互作用规律的认识,而且在光学计量、光弹性技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。 一. 实验目的

1. 观察光的偏振现象,加深对光偏振基本规律的认识。

2. 了解产生和检验偏振光的基本方法。

3. 验证马呂斯定律。 二. 实验仪器

偏振片(两个)、单色玻片、光具座、光电管、白色光屏、电源(30V )、光源等。 三. 实验原理

1. 偏振光的基本概念

光波是一种电磁波,它的电矢量E 和磁矢量H 相互垂直,并垂直于光的传播方向C 。通常人们用电矢量E 代表光的振动方向,并将电矢量E 和光的传播方向C 所构成的平面称为光的振动面。在传播过程中,电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光,如图1a 所示。振动面的取向和光波电矢量的大小随时间作有规律的变化,光波电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时,称为椭圆偏振光或圆偏振光。通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向,没有一个方向的振动比其它方向更占优势。这种光源发射的光对外不显现偏振的性质,称为自然光,如图b 所示。将自然光变成偏振光的器件称为起偏器,用来检验偏振光的器件称为检偏器。实际上,起偏器和检偏器是互为通用的。下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。

2. 利用偏振片起偏、检验、平面偏振光和马呂斯定律 物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质,称为二向色性,如天然的电气石晶体,硫酸碘奎宁晶体等。它们能吸收某方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。如将硫酸碘奎宁晶粒涂于透明薄片上并使晶粒定向排列,就可制成偏振片。当自

然光射到偏振片上时,振动方向与偏振化方向垂直的光被吸收,振动方向与偏振化方向平行的光透过偏振片,从而获得偏振光。自然光透过偏振片后,只剩下沿透光方向的光振动,透射光成为平面偏振光(见图2所示)。

若在偏振片P1后面再放一偏振片P2,P2就可以用作检验经P1后的光是否为偏振光,即P2

起了检偏器的作用。当起偏器P1和检偏器的偏振化方向间有一夹角,则通过检偏器P2的偏振光强度满足马呂斯定律:

I=I

cos2θ(3-18-1)

当θ=0时,I=I

,光强最大;当θ=π/2时,I=0,出现消光现象;当θ为其它值时,透

射光强介于0~I

之间。

四. 实验内容及数据记录

1. 自然光和平面偏振光的检验

(1)将平行光直接射到偏振片上,以其传播方向为轴转动偏振片一周,用眼睛直接观察透射光强度的变化。

(2)在第一个偏振片的后面放上第二个偏振片,再转动偏振片一周(转动任意一个都可以),用眼睛直接观察透射光强度变化情况。将两次观察结果记入表1进行比较,并作出结论。

表1 用偏振片观察光强变化表

(1) 按图3所示连接实验装置,先固定起偏器P

1不动,转动检偏器P

2

一周,分别依次记

录下最亮及最暗时P

2所对应的角度,记录于表二。实验时,P

1

和P

2

要尽量靠近,光屏要贴近

P

2

,以减小杂散光线对实验结果的影响。

(2)重复上述实验,固定检偏器P

2不动,转动起偏器P

1

一周,分别依次记录下最亮及最暗

时P

2

所对应的角度,记录于表二。

(3)在实验误差允许的范围内,验证马呂斯定律是否正确?

表2 验证马呂斯定律

结论:在实验误差允许的范围内,验证马呂斯定律是正确的。

五. 问题讨论

铁磁材料的滞回线和基本磁化曲线实验报告

南昌大学物理实验报告课程名称:普通物理实验(2) 实验名称:铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 学院:专业班级: 学生姓名:学号: 实验地点:座位号: 实验时间: 一、实验目的: 1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。 2、了解铁磁材料的磁化规律,用示波器法观察磁滞回线比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。 3、测定样品的磁化特性曲线(B-H曲线),并作μ-H曲线。 4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线,估算其磁滞损耗以及相关H C、B R、B M、H、B的等参量。 二、实验仪器: TH—MHC型智能磁滞回线测试仪、示波器。 三、实验原理: 1.铁磁材料的磁滞特性

铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)均属铁磁物质。其特性是在外磁场作用下能被强烈磁化,即磁导率μ很高。另一特征是磁滞,铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间关系的特性。即磁场作用停止后,铁磁物质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O,当磁场强度H 从零开始增加时,磁感应强度B随之从零缓慢上升,如曲线Oa,继之B随H迅速增长,如曲线ab所示,其后B的增长又趋缓慢,并当H增至H S时,B达到饱和值B S这个过程的OabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小,这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明,当磁场从H S逐渐减小至零,磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,对应的B值比原先的值大,说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。比较线段OS和SR可知,H减小B相应也减小,但B的变化滞后于H的变化,这种现象称为磁滞。磁滞的明显特征是当H=O时,磁感应强度B值并不等于0,而是保留一定大小的剩磁Br。 当磁场反向从0逐渐变至-H D,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,可以施加反向磁场。H D称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,曲线RD称为退磁曲线。 图1还表明,当磁场按H S→O→H C→?H S→O→H D′→H S次序变化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化,可以看出磁感应强度B值的变化总是滞后于磁场强度H的变化,这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。磁滞是铁磁材料的重要特性之一,研究铁磁材料的磁性就必须知道它的磁滞回线。各种不同铁磁材料有不同的磁滞回线,主要是磁滞回线的宽、窄不同和矫顽力大小不同。 当铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化时将会发热,要消耗额外的能量,因为反复磁化时磁体内分子的状态不断改变,所以分子振动加剧,温度升高。使分子振动加剧的能量是产生磁场的交流电源供给的,并以热的形式从铁磁材料中释放,这种在反复磁化过程中能量的损耗称为磁滞损耗,理论和实践证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。 当初始状态为H=B=O的铁磁材料,在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化,可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线,如图2所示,这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线。 图1 铁磁质起始磁化图2 同一铁磁材料的 曲线和磁滞回线一簇磁滞回线

示波器的使用实验报告思考题

示波器的使用实验报告思考题 《示波器的使用》的评分标准和参考答案 注:思考题参考答案见附件 思考题参考答案 1、观察方波波形,如果扫描频率是方波的二倍看到什么图形?如果扫描频率是 方波的2/3看到什么图形? 答:如果扫描频率是方波的二倍,那么看到的时半个方波,如果扫描频率是方波 的2/3则看到3/2个方波。 2、用李萨如图形测频率实验时,屏幕上图形在时刻转动,为什么? 答:是x和y轴的信号不同步造成的,也就是两个信号的初相位不一致导致的。

3、如果示波器的扫描频率远大于或小于Y么波形?(试先从扫描频率等于正弦信号频率的2(或1/23(或 1/3)……倍考虑,然后推广到n(或1/n 答:如果示波器的扫描频率远大于Y2个、3个、 4个...nY轴正弦波信号的频率时,将看到1/2、1/3、1/4 4、如果示波器是好的,但当Y直亮线,试问,应调哪几个旋钮? 答:证明xx输入信号,或者是否将扫描置于x-y档。 示波器的使用 【实验简介】 示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器,与其他测量仪器相比,示波器具有以下优点:能够显示出被测信号的波形;对被测系统的影响小;具有较高的灵敏度;动态范围大,过载能力强;容易组成综合测试仪器,从而扩大使用范围;可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。从而把原来非常抽象的、看不见的电变化过程

转换成在屏幕上看得见的真实图像。在电子测量与测试仪器中,示波器的使用范围非常广泛,它可以表征的所有参数,如电压、电流、时间、频率和相位差等。若配以适当的传感器,还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。正确使用示波器是进行电子测量的前提。 第一台示波器由一只示波管,一个电源和一个简单的扫描电路组成。发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列,示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。 Karl Ferdinand Braun生平简介 1909年的诺贝尔物理奖得主Karl Ferdinand Braun于1897年发明世界上第一 台阴极射线管示波器,至今许多德国人仍称CRT为布朗管(Braun Tube)。 【实验目的】 图8-1 Karl Ferdinand Braun

示波器的使用实验报告 (3)

物理实验报告 一、【实验名称】 示波器的使用 二、【实验目的】 1.了解示波器的基本结构和工作原理,掌握示波器的调节和使用方法 2.掌握用示波器观察电信号波形的方法 3.学会使用双踪示波器观察李萨如图形和控制示波管工作的电路 三、【实验原理】 双踪示波器包括两部分,由示波管和控制示波管的控制电路构成 1.示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡,抽成高真空,内部装有电子枪和两队相互垂直的偏转板,喇叭口的球面壁上涂有荧光物质,构成荧光屏,高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光,在荧光屏上就能看到一个亮点。Y偏转板是水平放置的两块电极。在Y偏转板上和X偏转板上分别加上电压,可以在荧光屏上得到相应的图形。 双踪示波器原理 2.双踪示波器的原理 双踪示波器控制电路主要包括:电子开关,垂直放大电路,水平放大电路,扫描发生器,同步电路,电源等; 其中,电子开关使两个待测电压信号Y CH1和Y CH2周期性的轮流作用在Y偏转板,这样在荧光屏上忽而显示Y CH1信号波形,忽而显示Y CH2信号波形,由于荧光屏荧光物质的余晖及人眼视觉滞留效应,荧光屏上看到的是两个波形。 如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同,屏上呈现的是一移动的不稳定图形,这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍,以致每次扫描开始时波形曲线上的

起点均不一样所造成的,为了获得一定数量的完整周期波形,示波器上设有“Time/div”调节旋钮,用来调节锯齿波电压的周期,使之与被测信号的周期呈合适的关系,从而显示出完整周期的正弦波性。(看到稳定波形的条件:只有一个信号同步) 当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍,屏上一般会显示出完整周期的正弦波形,但由于环境或其他因素的影响,波形会移动,为此示波器内装有扫描同步电路,同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号,输入到扫描发生器,迫使锯齿波与待测信号同步,此称为“内同步”;反之则为“外同步”。操作时,使用“电平旋钮”,改变触发电势高度,当待测电压达到触发电平时,开始扫描,直到一个扫描周期结束。但如果触发电势超出所显示波形最高点或最低点的范围,则扫描电压消失,扫描停止。 3.示波器显示波形原理 如果在示波器的Y CH1或Y CH2端口加上正弦波,在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波,当锯齿波电压的变化周期相等时,则在荧光屏上显示出完整的正弦波形。 4.李萨如图形的基本原理 如果在示波器的Y偏转板上加上正弦波,在X偏转板上加上另一正弦波,则当两正弦波信号的频率比为简单整数比时,在荧光屏上将得到李萨如图形。 四、【仪器用具】: 信号发生器、双踪示波头、探头 五、【实验内容】 几种李萨如图形 n x n y分别代表图形在水平或垂直方向的切点数量 nx/n y=1/2 n x/n y=1/3 n x/n y=2/3 n x/n y=3/4 1.观察正弦波形 a.打开示波器 b.开通CH1及相应信号发生器fx=100Hz c.得到大小合适稳定的正弦波 2.测正弦波电压,测正弦波的周期 a.调节波形上下移动键,使得fx=100Hz,改变一次v/div,再记录dy b.调整波形左右移动键,使得改变一次t/div,再记录dx dv(V)垂直格数Vpp(V) dx(us) 水平格数fy(Hz) 1 3. 2 3.2 100 3.8 2631 实际示数12.2 2686

磁滞回线和基本磁化曲线

磁滞回线和基本磁化曲线【实验原理】铁材料的磁滞现象: 铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间的关系的特征。将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化.当磁场强度H由零增加时,磁感应强度B由零开始增加。H继续增加,B增加缓慢,这个过程的B -H 曲线称为起始磁化曲线,如图l 中的oa 段所示。当磁场强度H减小,B也跟着减小,但不按起始磁化曲线原路返回,而是沿另一条曲线(图1中)ab 段下降,当H 返回到零时,B不为零,而保留一定的值Br,即铁磁材料仍处于磁化状态,通常Br称为磁材料的剩磁。将磁化场反向,使磁场强度负向增加,当H达到某一值材料中的磁感应强度才为零,这个磁场强度Hc 继续增加反向磁场强度,磁感应强度B反向增加。如图1中cd 段所示。Hc时,铁磁称为磁材料的矫顽力。增加到Hm时,其过程与磁场强度从Hm减小到-Hm 过程类似。这样形成一个闭合的磁滞回线。逐渐增加H从值,可以得到一系列的逐渐增大的磁滞回线,如图 2 所示。把原点与每个磁滞回线的顶端基本磁化曲线。如图1中oa 段所示。当Hm增加到一定程度时,磁滞回线两端较平,即H增加,B增加很小,在此时附近铁磁材料处于饱和状态。。基本磁化曲线上的点与原点连线

的斜率称为磁导率。 在给定磁场强度条件下表征单位H 所激励出的磁感应强度B ,直接表示材料磁化性能强弱。从磁化曲线上可以看出磁导率并不是常数。当铁磁材料处于磁饱和状态时,磁导率减小较快。曲线起始点对应的磁导率称为初始磁导率。磁导率的最大值称为最大磁导率。这两者反映 2 、示波器显示样品磁滞回线的实验原理及电路2 、示波器显示样品磁滞回线的实验原理及电路 曲线的特点。如图3所示。只要设法使示波器X 轴输入正比于被测样品中的H,使Y 轴输入正比于样品的B , 保持H和B为样品中的原有关系就可在示波器荧光屏上如实地显示出样品的磁滞回线。怎样才能使示波器的X轴输入正比于H , Y轴输入正比于B 呢?图4为测试磁滞回线的原理图。L为被测样品的平均长度 (虚细框), R1,R分别为原,副边匝数, 故只要将U1和UC分别接到示波器的X 轴与Y轴输入,则在荧光屏上扫描出来的图形就能如实地反映被测样品的磁滞回线。依次改变U1 各条磁滞回线顶点的连线便是基本磁化曲线。本实验的任 务之一是定出各顶点所代表的U1和UC的值(即H和B的值),画出基本磁化曲线

用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线_实验报告

图1 起始磁化曲线和磁滞回线 用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线 【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线,反映该材料的重要特性。软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ,常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r P 等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。 【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H 【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X 输入端和Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关 数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据 数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。 【实验目的】 1. 认识铁磁物质的磁化规律,比较两种典 型的铁磁物质的动态磁化特性。 2. 测定样品的H D 、B r 、B S 和(H m ·B m )等参 数。 3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 电阻箱(两个),电容(3-5微法),数字万用表,示波器,交流电源,互感器。 【实验原理】 铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材 料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物 (铁氧体)均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化,故磁导率μ很高。另一特征是磁滞,即磁化场作用停止后,铁磁质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B 与磁化场强度H 之间的关系曲线。 图中的原点O 表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B =H =O ,当磁场H 从零开始增加时,磁感应强度B 随之缓慢上升,如线段oa 所示,继之B 随H 迅速增长,如ab 所示,其后B 的增长又趋缓慢,并当H 增至H S 时,B 到达饱和值B S ,oabs 称为起始磁化曲线。图1表明,当磁场从H S 逐渐减小至零,磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O ”点,而是沿另一条新的曲线SR 下降,比较线段OS 和SR 可知,H 减小B 相应也减小,但B 的变化滞后于H 的变化,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是当H =O 时,B 不为零,而保留剩磁Br 。 当磁场反向从O 逐渐变至-H D 时,磁感应强度B 消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,H D 称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,线段RD 称为退磁曲线。 图1还表明,当磁场按H S →O →H D →-H S →O →H D ′→H S 次序变化,相应的磁感应强度B 则沿闭合曲线S S RD 'S D R ''变化,这闭合曲线称为磁滞回线。所以,当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁材料中释放,这种损耗称为磁滞损耗,可以证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

示波器_使用方法_步骤

示波器 摘要:以数据采集卡为硬件基础,采用虚拟仪器技术,完成虚拟数字示波器的设计。能够具有运行停止功能,图形显示设置功能,显示模式设置功能并具有数据存储和查看存储数据等功能。实验结果表明, 该仪器能实现数字示波器的的基本功能,解决了传统测试仪器的成本高、开发周期长、数据人工记录等问题。 1.实验目的 1.理解示波器的工作原理,掌握虚拟示波器的设计方法。 2.理解示波器数据采集的原理,掌握数据采集卡的连接、测试和编程。 3.掌握较复杂的虚拟仪器的设计思想和方法,用LabVIEW实现虚拟示波器。 2. 实验要求 1.数据采集 用ELVIS实验平台,用DAQmx编程,通过数据采集卡对信号进行采集,并进行参数的设置。 2.示波器界面设计 (1)设置运行及停止按钮:按运行时,示波器工作;按停止时,示波器停止工作。 (2)设置图形显示区:可显示两路信号,并可进行图形的上下平移、图形的纵向放大与缩小、图形的横向扩展与压缩。 (3)设置示波器的显示模式:分为单通道模式(只显示一个通道的图形),多通道模式(可同时显示两个通道),运算模式(两通道相加、两通道相减等)。

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示波器实验报告

一仪器的原理及结构 1.示波器 示波器是一种用途广泛的电子测量仪器。利用它可以测出电信号的一系列参数,如信号电压(或电流)的幅度、周期(或频率)、相位等,数字示波器还可以测量信号的频谱特性。实验室拥有的主要是模拟示波器,数字示波器虽有自动测试功能,给操作带来方便,但显示的波形是量化的不够细腻,观察波形没有模拟示波器清晰,特别是观察含有干扰信号的波形时有一定的困难。模拟示波器的组成包括示波管、水平/垂直部分、触发部分及电源等组成。 (1)电子示波管 如图1所示,主要由电子枪、偏转系统、荧光屏三部分组成。电子枪包括灯丝、阴极、栅极和阳极。偏转系统包括Y轴偏转板和X轴偏转板两部分,偏转板上电压形成的电场力将电子枪图 1 示波管结构图 发射出来的电子束,按照偏转板上电压的大小作出相应的偏移。荧光屏是位于示波管顶端涂有荧光物质的透明玻璃屏,当电子枪发射出来的电子束轰击到屏时,荧光屏被击中的点上会发光,显示出曲线或波形。 (2)水平/垂直部分 示波器的水平部分产生扫描电压,使电子在水平方向上偏转,形成时间轴;垂直部分处理被测信号,在荧光屏上还原出被测信号的电压波形。 (3)示波器的使用 ①寻找扫描光迹,将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”,输入耦合方式置“GND”,开机预热后,若在显示屏上不出现光点和扫描基线,可按下列操作去找到扫描线:适当调节亮度旋钮;触发方式开关置“自动”;适当调节垂直()、水平()“位移”旋钮,使扫描光迹位于屏幕中央。 ②双踪示波器一般有五种工作方式,即“Y1”、“Y2”、“Y1+Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一

大学物理实验实验报告——示波器的使用

大学物理实验实验报告——示波器的使用 篇一:大物实验示波器的使用实验报告 实验二十三示波器的使用 班级自动化153班 姓名廖俊智 学号 6215073 日期 2021 3.21 指导老师代国红 【实验目的】 1、了解示波器的基本结构和工作原理,学会正确使用示波器。 2、掌握用示波器观察各种电信号波形、测量电压和频率的方法。 3、掌握观察利萨如图形的方法,并能用利萨如图形测量未知正弦信号的频率。 【实验仪器】 固纬GOS-620型双踪示波器一台,GFG-809型信号发生器两台,连线若干。 【实验原理】

示波器是利用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转,显示电压信号随时间变化波形的一种电子观测仪器。在各行各业与各个研究领域都有着广泛的应用。其基本结构与工作原理如下 1、示波器的基本结构与显示波形的基本原理 本次实验使用的是台湾固纬公司生产的通用双踪示波器。基本结构大致可分为示波管(CRT)、扫描同步系统、放大与衰减系统、电源系统四个部分。“示波管(CRT)”是示波器的核心部件如图1所示的。可细分为电子枪,偏转系统和荧光屏三部分。 1)电子枪 电子枪包括灯丝F,阴极K,控制栅极G,第一阳极A1,第二阳极A2等。阴极被灯丝加热后,可沿轴向发射电子。并在荧光屏上显现一个清晰的小圆点。 2)偏转系统 偏转系统由两对互相垂直的金属偏转板x和y组成,分别控制电子束在水平方向和竖直方向的偏转。 从电子枪射出的电子束若不受横向电场的作用,将沿轴线前进并在荧光屏的中心呈现静止的光点。若受到横向电场的作用,电子束的运动方向就会偏离轴线, F灯丝,K阴极,G控制栅极,A1、A2第一、第二阳极,Y、X竖直、水平偏转板 图1示波管结构简图 屏上光点的位置就会移动。x偏转板之间的横向电场用来控制光点在水平方向的位移,y偏转板用来控制光点在竖直方向的位

磁滞回线的测量实验报告

磁滞回线的测量实验报 告 公司内部档案编码:[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-

石家庄铁道大学物理实验中心 第1页 共10页 实验名称: 用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基础教学楼1101 实验日期 2016年 月 日 节 一、实验目的: 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs 、剩磁Br 和矫顽力Hc 的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系;并比较不同材料磁滞回线形状。 二、实验仪器 1. 双踪示波器 2. DH4516C 型磁滞回线测量仪 评 分 此实验项目教材没有相应内容,请做实验前仔细阅读本实验报告!并携带计算器,否则实验无法按时完成!

图1 磁性材料的磁化曲线图2 磁滞回线和磁化曲 线 2、磁滞现象、剩磁、矫顽力、磁滞回线 当铁磁质磁化达到饱和后,如果使H逐步退到零,B也逐渐减小,但B 的减小“跟不上”H的减小(B滞后于H)。即:其轨迹并不沿原曲线SO, 而是沿另一曲线Sb下降。当H下降为零时,B不为零,而是等于B r ,说明铁磁物质中,当磁化场退为零后仍保留一定的磁性。这种现象叫磁滞现象, B r 叫剩磁。若要完全消除剩磁B r ,必须加反向磁场,当B=0时磁场的值H c 为铁磁质的矫顽力。 当反向磁场继续增加,铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零,同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场,磁化曲线成为一闭合曲线,这个闭合曲线称为磁滞回线,如图2所示。 3、基本磁化曲线 对于同一铁磁材料,设开始时呈去磁状态,依次选取磁化电流I 1 、 I 2、….I n ,则相应的磁场强度为H 1 、H 2 、….H 3 ,在每一磁化电流下反复交换 电流方向(称为磁锻炼),即在每一个选定的磁场值下,使其方向反复发生 几次变化(如H 1→- H 1 →H 1 →- H 1 ….),这样操作的结果,是在每一个电流

示波器实验报告

篇一:示波器的原理与使用实验报告 大连理工大学 大学物理实验报告 院(系)材料学院专业材料物理班级 0705 姓名童凌炜学号 200767025实验台号实验时间 2008 年 11 月 18 日,第13周,星期二第5-6 节 实验名称示波器的原理与使用 教师评语 实验目的与要求: (1)了解示波器的工作原理 (2)学习使用示波器观察各种信号波形(3)用示波器测量信号的电压、频率和相位差主要仪器设备: yb4320g 双踪示波器, ee1641b型函数信号发生器 实验原理和内容: 1. 示波器基本结构 示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成,其中示波管是核心部分。 示波管的基本结构如下图所示,主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成,由外部玻璃外壳密封在真空环境中。 电子枪的作用是释放并加速电子束。其中第一阳极称为聚焦阳极,第二阳极称为加速阳极。通 过调节两者的共同作用,可以使电子束打到荧光屏上产生明亮清晰的圆点。偏转系统由x、y两对偏转板组成,通过在板上加电压来使电子束偏转,从而对应地改变屏上亮点的位置。 荧光屏上涂有荧光粉,电子打上去时能够发光形成光斑。不同荧光粉的发光颜色与余辉时间都不同。 放大和衰减系统用于对不同大小的输入信号进行适当的缩放,使其幅度适合于观测。 扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左上图所示),使电子束在其作用下匀速地在荧光屏周期性地自左向右运动,这一过程称为扫描。扫描开始的时间由触发系统控制。 2. 示波器的显示波形的原理 如果只在竖直偏转板加上交变电压而x偏转板上五点也是,电子束在竖直方向上来回运动而形成一条亮线,如左图所示: 如果在y偏转板和x偏转板上同时分别加载正弦电压和锯齿波电压,电子受水平竖直两个方向的合理作用下,进行正弦震荡和水平扫描的合成运动,在两电压周期相等时,荧光屏上能够显示出完整周期的正弦电压波形,显像原理如右图所示: 3. 扫描同步 为了完整地显示外界输入信号的周期波形,需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适的关系。当某些因素改变致使周期发生变化时,使用扫描同步功能,能够使扫描起点自动跟踪外界信号变化,从而稳定地显示波形。 步骤与操作方法: 1. 示波器测量信号的电压和频率 对于一个稳定显示的正弦电压波形,电压和频率可以由以下方法读出 up?p?a?h, f?(b?l)?1 其中a为垂直偏转因数(电压偏转因数) (从示波器面板的衰减器开关上可以直接读出)单位为v/div或mv/div; h为输入信号的峰-峰高度,单位div; b为扫描时间系数,从主扫描时间系数选择开关上可以直接读出,单

大学物理实验示波器实验报告

示波器的使用 【实验简介】 示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器,与其他测量仪器相比,示波器具有以下优点:能够显示出被测信号的波形;对被测系统的影响小;具有较高的灵敏度;动态范围大,过载能力强;容易组成综合测试仪器,从而扩大使用范围;可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。从而把原来非常抽象的、看不见的电变化过程转换成在屏幕上看得见的真实图像。在电子测量与测试仪器中,示波器的使用范围非常广泛,它可以表征的所有参数,如电压、电流、时间、频率和相位差等。若配以适当的传感器,还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。正确使用示波器是进行电子测量的前提。 第一台示波器由一只示波管,一个电源和一个简单的扫描电路组成。发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列,示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。 Karl Ferdinand Braun 生平简介 1909年的诺贝尔物理奖得主Karl Ferdinand Braun 于1897年发明世界上 第一台阴极射线管示波器,至今许多德国人仍称CRT 为布朗管(Braun Tube)。 【实验目的】 1、 了解示波器的结构和工作原理,熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。 2、 学习用示波器观察电信号的波形和测量电压、周期及频率值。 3、 通过观察李沙如图形,学会一种测量正弦波信号频率的方法。 【实验仪器】 VD4322B 型双踪示波器、EM1643型信号发生器、连接线及小喇叭等 图8-1 Karl Ferdinand Braun 5 6 9 10

数字示波器的实验内容和主要步骤

一、实验仪器图片参照 1、函数信号发生器图片 2、数字示波器图片 TDS2002数字示波器

TDS1001B数字示波器 二、实验内容介绍 实验内容一: 熟悉数字示波器面板各功能键 实验内容二: 1.简单测量正弦信号的频率、周期及峰—峰值 1)选择输出信号为正弦信号,按下“DEFAULT SETUP”按钮,再按下“AUTO SET”按钮,综合使用仪器按钮,使得数字示波器的屏幕正好显示3个周期的正弦波。 2)按下数字示波器的“CH1 MENU”按钮,此时屏幕出现的菜单对应“探棒”选择“1 X ”档; 3)使用数字示波器的“MEASURE”按钮,选择测量类型,测量出此3个周期的频率、周期及峰—峰值。 4)如此完成了一次测量,重复步骤3),共完成此3个周期信号频率、周期及峰—峰值的8次测量,并写出各物理量仪器的示值误差。 2.使用软件打印此3个周期的正弦信号。 使用软件打印出前一步骤所对应的3个周期正弦信号。 注意:TDS2002型数字示波器使用的是“WaveStar”软件;TDS1001型数字示波器使用的是“NI Signal Express Tektronix Edition”软件 记录下“使用软件打印正弦波信号图形”的详细操作步骤。

附一:采用计算机中的“WaveStar”软件打印图形 1)打开“WaveStar”软件,点击左边界面“Local”选项的“+”,弹出“Tek TDS 1000 Series”选项; 2) 点击“Tek TDS 1000 Series”选项的“+”,然后点击“Data”选项的“+”; 3)将“Waveforms”选项打开; 4)这时点击“File”→“New Datesheet”→“YTsheet”,点击“OK”; 5)击中界面左边“Waveforms”的“CH1”,并拖动到“YTsheet”工作表里; 6)这时点击“Edit”→“New Annotation”,出现一个注释框,在注释框里输入注释信息(比如图形名称、姓名、学号、班级等); 7)在图上右击,选择“Print Datasheet…”→“OK”(或者:选择打印图标“Print Datasheet”),这个时候就会在打印机上打印出图形。 附二:采用计算机“NI Signal Express Tektronix Edition”软件打印图形 1) 打开“NI Signal Express Tektronix Edition”软件,出现一个跳动界面,在界面的右下角选择“Cancel”; 2)单击“Add Step”→“Tektronix”→“Acquire Signals”; 3)由于我们今天用的数字示波器型号是“Tektronix TDS 1001B”(也就是标在数字示 波器面板左上角上),于是我们选择“Tek TDS1000B”; 4)这时“Step Setup”框里显示图形,选择“Data View”对话框,在界面上右击,选择“Add Signal”→“TDS1001B(CH1)”,出现波形; 5)右击界面,选择“Properties…”,选择“Scale”窗口,在“Name”框里输入注释信息(比如图形名称、姓名、学号、班级等); 6)在图上右击,选择“Export”→“Print Display”,这个时候就会在打印机上打印出图形。 实验内容三:光标测量(手动测量)方波信号的周期、电压最大值和电压最小值 1)选择输出信号为矩形信号(方波信号),自行调整,使得数字示波器屏幕上显示的只有2个周期左右。 2)按下数字示波器的“CH1 MENU”按钮,此时屏幕出现的菜单对应“探棒”选择“1 X”档; 3)按下“CURSOR”按钮,查看光标菜单。“类型”由“关闭”选择“电压”或“时间”,“信源”选择“CH 1”(若你的信号接入“CH 2”接口,此时“信源”

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

实验名称:软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量 铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类.软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ,常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯.磁化曲线和磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线.矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r .磁滞损耗P 等参数均可以从磁滞回线和磁化曲线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据. 铁磁材料磁化时,其磁感强度随磁场强度的变化非常复杂.有如下特点: 1.一块从未被磁化的软磁材料磁化时,当H 由0开始逐渐增加至某最大值H m ,B 也由0开始逐渐增加,由此画出的B -H 曲线o -a 称起始磁化曲线,如图1所示. 起始磁化曲线大致分为三个阶段,第一阶段曲线平缓,第二阶段曲线很陡,第三阶段曲线又变得平缓.最后B 趋于不变,这种现象称为饱和.饱和时的磁感强度称为饱和磁感强度,记做B s . 2.磁化过程中材料内部发生的过程是不可逆的,当磁场由饱和时的H m 减小至0,B 并非沿原来的磁化曲线返回,而是滞后于H 的变化.当H =0时,B =B r ,称为剩余磁感应强度.要想使B 为0,就必须施加一反向磁场-H c .H c 称为矫顽力. 继续加大反向磁场至-H m ,曲线到达a ',磁感应强度变为-B s .磁场再由-H m 变至H m ,曲线又回到a ,形成一条闭合曲线,叫磁滞回线. 3.如果初始磁化磁场由0开始增加至一小于H m 的值H 1,然后磁场在- H 1与H 1之间变化,也可以得到一条磁滞回线.但这条曲线不是饱和 的.逐渐增加磁场至H 2,H 3,H 4,…(H 2

铁磁材料的滞回线和基本磁化曲线实验报告记录

铁磁材料的滞回线和基本磁化曲线实验报告记录

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南昌大学物理实验报告课程名称:普通物理实验(2) 实验名称:铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线学院:专业班级: 学生姓名:学号: 实验地点:座位号: 实验时间:

一、实验目的: 1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。 2、了解铁磁材料的磁化规律,用示波器法观察磁滞回线比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。 3、测定样品的磁化特性曲线(B-H曲线),并作μ-H曲线。 4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线,估算其磁滞损耗以及相关H C、B R、 B M、H、B的等参量。 二、实验仪器: TH—MHC型智能磁滞回线测试仪、示波器。 三、实验原理: 1.铁磁材料的磁滞特性 铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)均属铁磁物质。其特性是在外磁场作用下能被强烈磁化,即磁导率μ很高。另一特征是磁滞,铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间关系的特性。即磁场作用停止后,铁磁物质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O,当磁场强度H从零开始增加时,磁感应强度B随之从零缓慢上升,如曲线Oa,继之B随H迅速增长,如曲线ab所示,其后B的增长又趋缓慢,并当H增至H S时,B达到饱和值B S这个过程的OabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小,这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明,当磁场从H S逐渐减小至零,磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,对应的B值比原先的值大,说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。比较线段OS和SR可知,H减小B相应也减小,但B的变化滞后于H的变化,这种现象称为磁滞。磁滞的明显特征是当H=O时,磁感应强度B值并不等于0,而是保留一定大小的剩磁Br。 当磁场反向从0逐渐变至-H D,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,可以施加反向磁场。H D称为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,曲线RD称为退磁曲线。 图1还表明,当磁场按H S→O→H C→?H S→O→H D′→H S次序变化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化,可以看出磁感应强度B值的变化总是滞后于磁场强度H的变化,这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料

大物实验示波器的使用实验报告

大物实验示波器的使用实验报告 篇一:模拟示波器的使用实验报告 模拟示波器的使用 ·实验目的 1. 了解示波器的基本原理及基本使用方法; 2. 掌握用示波器观察一路不同型电压信号的方法; 3. 掌握观察利萨如图形的方法,了解利萨如图形测量未知正弦信号的频率的方法. ·实验原理 1. 示波器显示波形原理 若在示波器CH1或CH2端加上正弦波,在示波器的X偏转板加上锯齿波,当锯齿波电压的变化周期与正弦波电压成整数倍时时,可以显示完整的周期的正弦波形; 若在示波器CH1和CH2同时加上正弦波,在示波器的X 偏转板上加上示波器的锯齿波,则在荧光屏上将的到两个正弦波,即为双踪显示. 同理可得双踪显示的方波. 2. 利用利萨如图测正弦电压的频率基本原理 将被测正弦信号1加到y偏转板,将参考正弦信号2加到x偏转板,当两者的频率之比是整数时,在荧光屏上将出现利萨如图. 对稳定不动的图形分别做水平直线和竖直直线与图形

相切,设水平线上及竖直线上的切点数之比可得两信号的频率之比 ·实验内容及步骤 1. 连接实验仪器电路,设置好函数信号发生器、示波器. 2. 用示波器观察一路电压信号 (1) 在示波器CH1和YCH2分别加上500Hz和500Hz的正弦波,调节示波器至波形稳定,记录在坐标纸上. (2) 在示波器CH1和YCH2分别加上500Hz和500Hz的方波,调节示波器至波形稳定,记录在坐标纸上. (3) 分别计算两者的相对误差 3. 用示波器观察李萨如图形 若在示波器CH1和CH2同时加上正弦波,开至X-Y档,调节两输入端的频率比值分别为1:3,1:2,2:3,1:1,3:2,2:1,微调输入信号的频率至图象稳定,记录在坐标纸上. ·实验记录 (见坐标纸) ·误差分析 观察电压信号时 正弦波1:频率相对误差?f?fA?f’A测 fA A?V’A测

示波器使用大学物理实验报告示范及数据处理

《示波器的使用》实验报告 物理实验报告示范文本: 包含数据处理李萨如图 【实验目的】 1.了解示波器显示波形的原理,了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合; 2.熟悉使用示波器的基本方法,学会用示波器测量波形的电压幅度和频率; 3.观察李萨如图形。 【实验仪器】 1、双踪示波器 GOS-6021型 1台 2、函数信号发生器 YB1602型 1台 3、连接线示波器专用 2根 示波器和信号发生器的使用说明请熟读常用仪器部分。 [实验原理] 示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大系统和电源四部分组成, 1、示波管 如图所示,左端为一电子枪,电子枪加热后发出一束电子,电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上,屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下,位置也随之改变。在一定范围内,亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。 示波管结构简图示波管内的偏转板 2、扫描与同步的作用

如果在X 轴偏转板加上波形为锯齿形的电压,在荧光屏上看到的是一条水平线,如图 图扫描的作用及其显示 如果在Y 轴偏转板上加正弦电压,而X 轴偏转板不加任何电压,则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡,在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线,如图 如果在Y 轴偏转板上加正弦电压,又在X 轴偏转板上加锯齿形电压,则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移,其合成原理如图所示,描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期(频率)相同,这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同,则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开,在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形,甚至很复杂的图形。由此可见: (1)要想看到Y 轴偏转板电压的图形,必须加上X 轴偏转板电压把它展开,这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变,扫描必须是线性的,即必须加锯齿波。 (2)要使显示的波形稳定,Y 轴偏转板电压频率与X 轴偏转板电压频率的比值必须是整数,即: n f f x y = n=1,2,3, 示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调,但要准确的满足上式,光靠人工调节还是不够的,待测电压的频率越高,越难满足上述条件。为此,在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置,称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下,再加入“同步”的作用,扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍,从而获得稳定的波形。 (1)如果Y 轴加正弦电压,X 轴也加正弦扫描电压,得出的图形将是李萨如图形,如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令f y 、f x 分别代表Y 轴和X 轴电压的频率,n x 代表X 方向的切线和图形相切的切点数,n y 代表Y 方向的切线和图形相切的切点数,则有 y x x y n n f f = 李萨如图形举例表

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 【实验目的】 1.认识铁磁物质的磁化规律,比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。 2. 测定样品的基本磁化曲线,作μ -H曲线。 3.测定样品的H D、B r、B S和(H m·B m)等参数。 4.测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 DH4516型磁滞回线实验仪,数字万用表,示波器。 【实验原理】 铁磁物质是一种性能特异,用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)均 属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化,故磁导率μ很高。另一特征是磁滞,即磁化场作用停止后,铁磁质仍保留磁化状态,图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O,当磁场H从零开始增加时,磁感应强度B随之缓慢上升,如线段oa所示,继之B随H迅速增长,如ab所示,其后B的增长又趋缓慢,并当H 增至H S时,B到达饱和值B S,oabs称为起始磁化曲线。图1表明,当磁场从H S逐渐减小至零,磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,比较线段OS和SR可知,H减小B 相应也减小,但B的变化滞后于H的变化,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是当H=O时,B不为零,而保 留剩磁Br。 当磁场反向从O逐渐变至-H D时,磁感应强度B消失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,H D称 为矫顽力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,线段RD称为退磁曲线。 图1还表明,当磁场按H S→O→H D→-H S→O→H D′→H S次序变化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS' R'D'S 变化,这闭合曲线称为磁滞回线。所以,当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁 材料中释放,这种损耗称为磁滞损耗,可以证明,磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

《示波器的的原理和使用》物理实验报告

《示波器的的原理和使用》物理实验报告 一、实验目的及要求: 了解示波器的基本工作原理。 学习示波器、函数信号发生器的使用方法。 学习用示波器观察信号波形和利用示波器测量信号频率的方法。 二、实验原理: 1) 示波器的基本组成部分:示波管、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。 2) 示波管左端为一电子枪,电子枪加热后发出一束电子,电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上,屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下,位置也随之改变。在一定范围内,亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。 3) 示波器显示波形的原理:如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压,在荧光屏上看到的是一条水平线,如果在Y轴偏转板上加正弦电压,而X轴偏转板不加任何电压,则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡,在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线,如果在Y轴偏转板上加正弦电压,又在X轴偏转板上加锯齿形电压,则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移,两个方向的位移合成就描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期相同,这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同,则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开,在荧

光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形,甚至很复杂的图形。要使显示的波形稳定,扫描必须是线性的,即必须加锯齿波;Y 轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的比值必须是整数。示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调,但光靠人工调节还是不够准确,所以在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置,称为“同步”。在人工调节接近满足式频率整数倍时条件下,再加入“同步”的作用,扫描电压的周期就能准确等于待测电压周期的整数倍,从而获得稳定的波形。 4) 李萨如图形的基本原理:如果同时从示波器的x轴和y轴输入频率相同或成简单整数比的两个正弦电压,则屏幕上将呈现出特殊形状的、稳定的光点轨迹,这种轨迹图称为李萨如图形。李萨如图形的形成规律为:如果沿x,y分别作一条直线,水平方向的直线做多可得的交点数为N,竖直方向最多可得的交点数为N,则x和y方向输入的两正弦波的频率之比为 f:f=N:N。 三、实验仪器: 示波器、函数信号发生器。 四、实验操作的主要步骤: (一) 示波器的使用与调节 1) 将各控制旋钮置于相关位置。 2) 接通电源,按下面板左下角的“POWER”钮,指示灯亮,稍待片刻,仪器进入正常工作状态。 3) 经示波管灯丝预热后,屏上出现绿色亮点,调节INTEN、FOCUS、

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