[自然科学]大学物理实验讲义3.docVIP

普通物理实验讲义3 目 录 实验一 惠斯通电桥测电阻 1 实验二 电表的改装 2 实验三 用板式电位差计测干电池电动势和内阻 5 实验四 用电位差计校正电表 7 实验五 交流电桥 9 实验六 双棱镜测光波波长 12 实验七 液体折射率的测定 14 实验八 电子束实验 17 实验九 开尔文双电桥测算低电阻 20 实验十 用电流场模拟静电场 23 实验十一 磁场描绘 25 实验十二 分光计的调节和使用 28 实验十三 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 34 实验十四 用迈克尔逊干涉仪测波长差 36 2009年9月 实验一 惠斯通电桥测电阻 【实验目的】 1．掌握惠斯通电桥的结构特点和测量原理 2．了解电桥灵敏度以及提高灵敏度的几种方法 3．学会正确使用惠斯通电桥 【实验仪器】 万用电表、滑线变阻器、电阻箱（三个）、检流计、 直流电源、待测电阻、箱式惠斯通电桥、开关、导线等。 【实验原理】 1．惠斯通电桥的结构和测量原理 图33-1所示是惠斯通电桥的电路图，惠斯通电桥是直流平衡电桥。4个电阻R1、R2、R0和Rx联成一个四边形，每一个边称为电桥的一个臂。对角d和b加上电源E，对角a和c之间连接检流计G，所谓桥就是指ac这条对角线而言，它的作用是将“桥”两边的电势直接进行比较。当a、c两点的电势相等时，检流计中无电流通过，电桥达到了平衡。此时： Uda=Udc Uba=Ubc 即： I1R1 = IxRx I2R2 = I0R0 因为G中无电流 所以： I1=I2 Ix=I0 上列两式相除得： （33-1） （33-2） （33-1）式即为电桥的平衡条件，实验中，R1、R2和R0由电阻箱给出。若R1、R2为已知，只要改变R0值，使G中无电流，记下R0，即可算出Rx。 2．电桥灵敏度 （33-2）式是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否平衡，实验上是看检流计有无偏转来判断。检流计的灵敏度总是有限的，如我们实验中常用的指针检流计，指针偏转1格所对应的电流大约为10-6A，当通过它的电流比10-7A还要小时，指针的偏转小于0.1格，我们就很难觉察出来，假设电桥在时调到了平衡，则有Rx=R0这时若把R0改变一个小量(R0电桥就应失去平衡，从而有电流Ig流过检流计。如果Ig小到使检流计觉察不出来，那么我们就会认为电桥还是平衡的，因而得出Rx = R0 + (R0，(R0就是由于检流计灵敏度不够而带来的测量误差(Rx，对此我们引入电桥灵敏度S的概念，它定义为： (Rx是在电桥平衡在Rx的微小改变量（实验上Rx是不能变的，改变的是标准电阻R0）,而n是由于电桥偏离平衡而引起的检流计的偏转格数，它越大，说明电桥越灵敏，带来的误差也就越小。 实验和理论都已证明，电桥灵敏度与下面诸因素有关： （1）与电源的电动势E成正比。 （2）与检流计的电流灵敏度S成正比。 （3）与电源内阻RE及检流计内阻Rg有关。 因此，提高电源电动势E；减小电源内阻RE；选择较高灵敏度的检流计，都可以提高电桥灵敏度。 【实验内容】 1．用电阻箱、检流计组成惠斯通电桥测量电阻 参照图（33-1）组成一电桥。测量时，先用万用电表测一下阻值（粗测）。比例臂R1和R2不宜取得很小，一般取R1 = R2 = 500以上比例。连接待测电阻Rx，取R0等于Rx粗测值，按电键K，观察检流计指针偏转方向和大小，改变R0再观察，根据观察的情况正确调整R4，直至检流计指针无偏转。逐渐减小RG值再调R4，其次，将R1和R2交换后再测（换臂测量） 测量三个待测电阻的阻值，并估计其不确定度。 2．测量电桥的相对灵敏度 3．使用箱式电桥测量 【思考题】 1．电桥法测量电阻的原理是什么？如何判断电桥平衡？ 2．为什么用电桥测量待测电阻前，先要用万用表进行粗测？ 3．电桥灵敏度是什么意思？如果测量电阻误差要求小于万分之五，那么电桥灵敏度应多大？ 实验二 电表的改装 【实验目的】 1．掌握表头改装成电压表和电流表的方法。 2．掌握用标准表校准改装表。 【实验仪器】 表头、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、电压表、电流表。 【实验原理】 直接用磁电式测量机构构成的电表叫做磁电式电表。我们又常把其中只允许通过很小电表叫做表头，它可以被改装成测量大电流或高电压的电流表或电压表。多用电表就是用不同的改装方式，通过转换开关使表头成为一个多功能、多量程的电表的。 1、表头改装成电流表 根据并联电路知识，只要在表头上并联一个电阻Rp（见图29-1）。表头与电阻Rp组成的电路就能通过较大的电流。对于表头支路，VAB = IgRg，其中Ig为表头满偏电流，Rg为表头内阻；对于并联电