电磁学实验中的常用基本仪器

Δins = ±(a% ⋅ X + n字)
式中 a 为误差的相对项系数， X 为测量值，实际上数字电表的误差很小，一般为最
后显示位的 1～2 个字。
4. 可变电阻器 电磁学测量中，常用可变电阻来改变电路中的电流和电压值。选用可变电阻器时要注 意其阻值范围和允许通过的最大电流值（或功率）是否满足要求，否则易于烧毁电阻器。 ⑴电位器 电位器有多种类别和规格，其额定功率只有零点几瓦到数瓦。电位器的外形及电路符
电磁测量中的仪器布置和线路连接
合理地布置仪器和正确连接电路是电磁学
实验中的一项基本功。仪器布置不当，不仅实
验时不方便，连接和检查电路也困难，容易出
差错。
电磁学实验的电路图中，都用规定的符号
标示各种仪器，我们应该学会根据电路图正确
(a)
地把各种仪器连接起来，反之把仪器的连接情
(b )
况用电路图表示出来。有时电路图因画法和排
用 10000Ω时，允许通过的电流为
I 2 = W / R = 0.25 /10000 = 0.005 A
即凡是×0.1Ω档内各种阻值的额定电流均为 1.6A，而×10000Ω档内各种阻值的额定 电流均为 0.005A。阻值越大的档，由于电阻丝较细，允许通过的电流越小。
5. 开关 实验室常用的几种电路开关的符号和作用见表 2
5
图 8 电阻箱面板
图 9 电阻箱内部结构
其中×10000、×1000、……称为倍率，刻在各旋钮边缘的面板上。四个接线柱旁标 有 * 、0.9Ω、9.9Ω、99999.9Ω等字样，*与 0.9Ω两接线柱之间的电阻值调整范围为 0～ 0.9Ω，*与 9.9Ω两接线柱之间的电阻值调整范围为 0～9.9Ω，其余类推。使用时，应根 据需要选用接线柱，以避免电阻箱其余部分的接触电阻和导线电阻给低电阻带来的影响．
取最大值(滑动头 D 滑向哪端?)，电源接通以后再调整其
阻值，目的是使开始时电路中只有较小的电流通过，比较 安全．切断电源前，也应使电阻取最大值，以免电表指针 摆动过大，损伤电表．
E
图 6 滑线电阻用作制流器
b) 用作分压器
电路如图 7 所示．分压器两个固定接头间的电位差等于电源的端电压，滑动接头 C
串联一个分压高电阻 Rm 而成，如图 3 所示。总电压U 中的大部分电压U m 将降落在 Rm
上，只有小部分电压U g 降落在表头的内阻 Rg 上。如果表头
电压读数要扩大 m 倍，即U = mU g ，则
Rm = (m − 1)Rg
通 常 m 取 10 倍 ， 100 倍 等 ， 故 分 压 电 阻 Rm 一 般 取 9Rg 、 99Rg ……等值。
和一个固定接头 B 之间的电压即负载两端的电压随 D
的位置改变而改变．因此，滑线电阻作分压器使用时，
三个接头都要用，电源接在两个固定接头上，负载接在
滑动接头和一个固定接头（A 或 B）上。分压器在电源
电路接通以前，应使输出电压取最小值(滑动头 D 滑向
E
图 7 滑线电阻用作分压器
那端？)，电源接通以后再调整其输出电压。同样，切 断电源前，也应使输出电压取最小值，以免损伤电表．
2. 电表 电表是电磁测量中的基本仪器。实验室常 用的电表大都是磁电式的，它是根据载流线圈 在磁场中受力矩作用而发生转动的原理制成 的。磁电式电表具有准确度高、标尺分度均 匀，功率消耗小，受外界磁场和温度影响小等 优点，但只适用于直流测量，如果要作交流测 量，则需另加整流器。 (1) 电流计 电流计俗称表头，用符号 G 表示，表头
利用表头一般只能测量很小的电流（从十几 μA 到几百 mA ）或电压。如果要测量较 大的电流，必须加分流电阻；测量较大的电压，加分压电阻。
(2) 电流表 电流表可分为微安表（μA）、毫安表（mA）、安培表（A）等。电流表是在表头上 并联一个分流低电阻 Rs 而成，如图 2 所示。
总电流 I 中的大部分电流 I s 将流过 Rs ，小部分电流 I g
电磁学实验中的常用基本仪器
电磁学实验中的常用基本仪器很多，包括电源、电表、电阻器、电感器、电容器，以 及示波器、信号发生器、频率计等。本实验仅就其中几种作简单介绍，其余的将在后续实 验中进一步学习。
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了解部分电磁学仪器：电源、电 表、数字电压表、可变电阻器
分析滑线电阻的制流和分压特性 练习电路连接、练习曲线作图
X
X
可见，选用电表时，不应单纯追求准确度，而应根据被测量 X 的大小及对误差 E 的 要求，选择准确度等级和量程。为了充分利用电表的准确度等级，电表指针偏转读数应大 于量程的 2/3。
在不知道被测量大小的情况下，应先选用电表的最大量程，再根据指针偏转情况逐渐 调到合适的量程。
b) 正确接入电路 电流表串接在电路中，电压表与被测电压两端并联。电表“+”端表示电流流入，接 高电势端；“-”端表示电流流出，接低电势端，切不可接错极性，以免损坏电表。
图 10
列不同而形状不同的实验电路。因此，应该在实验前先把电路图代表的内容和各个仪器的作用
搞清楚，然后再布置仪器，连接电路。布置仪器的原则应该是“便于连线，利于操作，易
于观察，保证安全”。因此，仪器不一定要完全按照电路图中的位置一一对应布置，一般
是将经常要调节或读数的仪器，例如滑线电阻、电表等放在近处，其它仪器放在后面一
仪器介绍 1. 直流电源 实验室常用直流电源有直流稳压电源、干电池和蓄电池。干电池输出电压的短期稳定
性好，使用时不会对电路造成交流噪声和电磁干扰，但干电池容量有限，不适合于长期连 续使用，要注意经常更换。直流稳压电源输出电压的长期稳定性好，输出大小可调，功率 大，内阻小，可长期连续使用，但它的短期稳定性不如干电池，会受电网电压波动影响， 且必须由交流电源供电。使用电源时要注意：①谨防电源两极短路。②注意电源的最大允 许输出电流值，不可超载应用。实验时，先将稳压电源输出电压置于最小值，待电路正常 后再逐步加大电压到规定值。③蓄电池内装有酸性或碱性溶液，不得倾斜更不能翻倒。 ④注意人身安全。一般当电源电压大于 64V 时，实验者就不能随便触及。
a%
=
仪器误差限Δ ins 量程Am
电表的标度尺上的所有分度线的最大误差都不超过Δins，准确度等级 a 愈大，量程
Am 愈大，可能的最大误差愈大。 (5) 电表的使用 a) 正确选择准确度等级和量程 根据电表准确度等级 a 的定义，测量值 X 中可能的最大相对误差为
E = Δins = a% ⋅ Am
3
表1 名称/意义
直流表 交流表 交直流表 电流表 电压表 功率表 仪表水平放置
仪表垂直放置
电表上的标记符号及意义
符号
名称/意义
0.5 级表
绝缘试验 电压为 2kV
Ⅱ级防御 外磁场能力
磁电式仪表
整流式仪表
调零器
接地端钮
与外壳相连接 的端钮
公共端钮
符号
0.5
3. 数字电压表 数字电压表具有输入阻抗高、准确度高、测量速度快、易于小型化智能化等优点，数 字电压表配上各种变换器后可进行电压、电阻、电容、频率、温度等物理量的测量。 数字电压表的工作特性： (1) 数字电压表的显示位数一般为 3 位半、4 位半、6 位半、8 位半等。例如最大显示 值为 1999，满度值为 2000 的数字电压表，其最高位不能显示出 0～9 这十个数字的全 体，故称为 3 位半数字表。 (2) 数字电压表的输入阻抗高，可达 10 ～104 MΩ，远远大于指针式电压表的内阻。 (3) 数字电压表的仪器的误差限可表示为
1
图 1 磁电式表头的内部结构
的作用是将通过它的微弱电流的大小转换成指针或光点的偏转大小，普通表头中的线圈安 装在轴承上，用弹簧游丝维持平衡，高灵敏度的表头则是用极细的金属悬丝代替轴承将线 圈悬挂的磁场中。表头常用来测量微小电流或用作为检流计。表头的内部结构如图 1 所 示。当电流通过线圈时，线圈受电磁力矩的作用而偏转，直到与游丝的反扭力矩平衡而静 止不动，线圈偏转角的大小与所通过的电流大小成正比。
c) 正确读数 指针式电表读数时应减少视差，即视线垂直于刻度表面。有镜面的电表，当指针的像 与指针相重合时，所对准的刻度才是电表的准确读数。一般电表读数估读到最小刻度的
1 ~1。 10 2
d) 通电前检查并调节表头指针零点。 e) 注意电表接入给测量结果带来的影响。 磁电式仪表都有一定的内阻，电表接入线路后，将使原电路的参数发生变化，因而给 测量结果带来误差（想一想，是属于那种误差）。合理地接入电表可明显降低误差，再进 一步对测量结果进行修正。 f) 认识电表盘上的标记符号意义，正确选用仪表。
滑线电阻器的主要参数有全电阻（即 A、B 之间的
电阻）和额定电流（即滑线变阻器所允许通过的最大电
流）
⑶电阻箱
电阻箱的型号很多，常用的 ZX21 型电阻箱的面板如图 8 所示，它的内部是由若干个
锰铜线绕成的标准电阻按图 9 所示连接．旋转电阻箱上的旋钮，可以得到不同的电阻值。
图 8 和图 9 所示的电阻值为 87654.3Ω(8×10000+7×1000+6×100+5×10+4×1+3×0.1)。
6
名称 单刀单掷 单刀双掷 （选择开关）
双刀双掷
表2 电路符号
实验室常用的开关 作用
按下时电路接通，拉开时电路切断 开关倒向的一边线路接通。
相当于两个同时使用的单刀双掷开关。
换向开关 按键开关
改变电路中的电流流向。
是一种弹性按键开关，按下时电路接 通，松开后开关弹回，切断电路。还有一种 带锁定机构的按键开关，第一次按下，电路 接通，再按一次，电路切断。
4
号如图 4 所示。电位器通常用在仪器、设备的电路之中，由电阻丝绕制而成的线绕电位器 阻值精确，稳定性好，但阻值范围有限，由环形炭膜电阻片制成的炭膜电位器阻值可做得 很大，但稳定性差。