实验十五   惠斯通电桥测电阻

实验目的

1、掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法。
2、学会正确使用箱式电桥测电阻的方法。
3、了解提高电桥灵敏度的几种途径

实验器材

1．箱式惠斯通电桥（QJ23型）、    2．电阻箱（ZX21型两只，ZX36型一只）、

3．电阻板、4．检流计、5．滑线变阻器、6．直流稳压电源。

实验原理

电桥法测量是一种很重要的测量技术。由于电桥法线路原理简明，仪器结构简单，操作方便，测量的灵敏度和精确度较高等优点，使它广泛应用于电磁测量，也广泛应用于非电量测量。电桥可以测量电阻、电容、电感、频率、压力、温度等许多物理量。同时，在现代自动控制及仪器仪表中，常利用电桥的这些特点进行设计、调试和控制。

    电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥，单臂电桥又称为惠斯通电桥，主要用于精确测量中值电阻。双臂电桥又称为开尔文电桥，主要用于精确测量低值电阻。本次实验主要是学习应用惠斯通电桥测电阻。

 　　1． 惠斯通电桥的线路原理

    惠斯通电桥的线路原理如图１５－1所示。四个电阻R₁，R₂，R_x和R_S联成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂，其中：R₁，R₂组成比例臂，R_x为待测臂，R_S为比较臂，四边形的一条对角线AC中接电源E，另一条对角线BD中接检流计G。所谓“桥”就是指接有检流计的BD这条对角线，检流计用来判断B，D两点电位是否相等，或者说判断“桥”上有无电流通过。

电桥没调平衡时，“桥”上有电流通过检流计，当适当调节各臂电阻，可使“桥”上无电流，即B，D两点电位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图１５－2所示。

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学物理演示实验报告--避雷针
一、演示目的气体放电存在多种形式，如电晕放电、电弧放电和火花放电等，通过此演示实验观察火花放电的发生过程及条件。二、原理首先让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多（尖端电极处），两极之间的电场越强，空气层被击穿。反之越少（球型电极处），两极之间的电场越弱，空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时，其间的电场较弱，不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近，放电只能在此处发生。三、装置一个尖端电极和一个球型电极及平板电极。四、现象演示让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。接着让尖端电极与平板电极之间的实验六十五 跳环式楞次定律

【实验目的】

利用通电线圈及线圈内的铁芯所产生的变化磁场与铝环的相互作用，演示楞次定律。

【实验器材】

楞次定律演示仪，铝环（3个）。如图65-1所示。

开口环 闭合环 底座

带孔环

图 65-1

【实验原理】

当线圈通有电流时，在铁芯中产生交变磁场，穿过闭合的铝环中的磁通量发生变化。根据楞次定律，套在铁芯中的铝环将产生感生电流，感生电流的方向与线圈中的电流方向相反。因此与原线圈相斥，相斥的电磁力使得铝环上跳。

【实验操作与现象】

1．闭合铝环的演示

打开演示仪电源开关，将闭合铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，则闭合铝环高高跳起，保持操作开关接通状态不变，闭合铝环则保持一定高度，悬在铁棒中央。断开操作开关时，闭合铝环落下。

2．带孔铝环的演示

把闭合铝环取下，将带孔的铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，则带孔的铝环也向上跳起，但跳起的高度没有闭合铝环高。保持操作开关接通状态不变，带孔的铝环也保持一定高度，悬在铁棒中央某一位置，但还是没有闭合铝环悬的高。断开操作开关时，带孔的铝环落下。这是由于带孔的铝环产生的感生电流没有闭合铝环大，所以带孔的铝环没有闭合铝环跳的高。

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由金属板做成摆锤的单摆,当摆动过程中摆锤在磁铁两磁极间往复通过时,对摆锤面的某一局部范围而言,磁通量发生变化,因而产生感应电动势，进而产生感应电流，这就是涡电流。按楞次定律，涡电流的磁场与原磁场的作用，阻碍摆锤的运动，因此，金属摆总是受到一个阻尼力的作用，就像在某种粘滞介质中摆动一样，很快地停止下来，这种阻尼起源于电磁感应，故称电磁阻尼。若是开口摆锤，涡电流减小，阻尼作用也减小。操作说明：1、没有磁场时，让阻尼摆作自由摆动，可观察到阻尼摆经过相当长的时间才停止下来。 2、当阻尼摆在两磁极间前后摆动时，阻尼摆会迅速停止下来，说明了两极间有很强的磁阻尼。3、将带有间隙的类似梳子的非阻尼摆代替阻尼摆作上述实验，不论有没有在两磁极，其摆动都要经过较长的时间才停止下来。

电磁阻尼现象源于电磁感应原理。宏观现象即为：当闭合导体与磁铁发生相对运动时，两者之间会产生电磁阻力，阻碍相对运动。这一现象可以用楞次定律解释：闭合导体与磁体发生切割磁感线的运动时，由于闭合导体所穿透的磁通量发生变化，闭合导体会产生感生电流，这一电流所产生的磁场会阻碍两者的相对运动。其阻力大小正比于磁体的磁感应强度、相对运动速度等物理量。

电磁阻尼现象广泛应用于需要稳定摩擦力以及制动力的场合，例如电度表、电磁制动机械，甚至磁悬浮列车等。 为了简单可靠地增加系统的稳定性、抑制转子的共振峰值．提出了一种新型的被动式电磁阻尼器．它的结构类似于电磁轴承．但无需闭环控制，采用直流电工作。通过分析发现，电磁阻尼器线圈内由于转子涡动时变化的磁场而产生的波动电流与转子位移间的相位差是产生阻尼的原因，推导了波动电流、阻尼系数的计算公式。实验结果显示该阻尼器提供的阻尼能够有效地抑制共振振幅。 依靠电磁阻尼原理将传统的ABS刹车系统进行了改造，以适应电动汽车的刹车制动。并在一些细节上对传统的ABS进行了优化。

相比较传统ABS的优点:

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大学物理演示实验姓名：任红红学号：1420040103

电磁阻尼摆

实验目的

1. 观察金属摆在交变电场中，由于涡流的存在而受到的阻尼。

2. 通过实验了解涡流的产生以及作用原理

3. 通过 强阻尼摆和弱阻尼摆的衰减快慢分析影响阻尼因子 实验器材

电磁阻尼摆演示仪，220伏交流电源，如图（a）（b）所示。

ab

实验原理

在线圈未加电时，电磁铁没有被励磁，所以，摆动不受阻碍。但当线圈通有交流电时，电磁铁被励磁，由于摆动使穿过摆的磁通量发生改变，因而产生感应电动势，进而产生感应电流，这就是涡电流。按楞次定律，涡电流的磁场与原磁场的作用，阻碍摆锤的运动，这就是电

磁阻尼作用。若是开口摆锤，涡电流减小，阻尼作用也减小,若未开口，若未开口，则电流比较大，阻尼作用也大。 当金属摆锤在两磁极间往复通过时，磁通量发生变化，因而产生感应电流,这就是涡电流。按照楞次定律，涡电流的磁场与原磁场的作用，阻碍摆锤的运动。阻尼摆的阻尼现象是涡流作用的实例。铝片在磁场中摆动切割磁力线产生了涡流，涡流在磁场中受力方向与摆动方向相反，因而阻碍了它和磁场的相对运动。在摆片上开断糟，是为了使涡流回路的截面积变小，电阻增大，产生的涡流强度减弱，故制动作用大大减小，摆幅的衰减就比较慢。

实验操作与现象

? 在未通电时，观察金属摆是否能自由地摆动（忽略机械损耗和空气阻力）。

实验现象：在未通电时，块式和耙式铝片均正常自由摆动

? 接通交流电源，再观察金属摆摆动的情况，是否很快就停了下来？ 接通交流电源之后，块状铝片立马停下来，而耙式铝片缓慢的停下来，但相对于没有通电时要快些停下来。

原理应用

电磁炉

电磁炉采用了磁场感应涡流加热原理，它利用交变电流通过线圈产生交变磁场，当磁场内的磁感线传到含铁质锅的底部时，即会产生无数强大的小涡流，使锅本身自行迅速发热，然后再加热锅内的食物。 感应加热

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大物演示实验论文

大型辉光球

一、基本资料

辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳

球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。 　　

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的

电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

二、实验原理

辉光球发光是低压气体（或叫稀疏气体）在高频电场中的放电现象。玻璃球

中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射。辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。

三、相关介绍

在日常生活中，低压气体中显示辉光的放电现象，也有广泛的应用。例如，在低压气体放电管中，在两极间加上足够高的电压时，或在其周围加上高频电场，就使管内的稀薄气体呈现出辉光放电现象，其特征是需要高电压而电流密度较小。辉光的部位和管内所充气体的压强有关，辉光的颜色随气体的种类而异。荧光灯、霓虹灯的发光都属于这种辉光放电。 　　

霓虹灯，即氖灯。是一种冷阴极放电管，把直径为12-15毫米的玻璃管弯成各种形状，管内充以数毫米汞柱压力的氖气或其他气体，每1米加约1000伏的电压时，依管内的充气种类，或管壁所涂的荧光物质而发出各种颜色的光，多用此作为夜间的广告等。若把电容器接在霓虹灯两极上，则可做成时亮时灭的霓虹灯广告。电容器的电容大，亮灭循环的时间长；电容器电容小，则亮灭的时间较短。霓虹灯需要电压较高。灯管越细，越长需要的电压就越高。 　　

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受迫振动研究报告

曹正庭

（东南大学吴健雄学院，南京，211189）

摘  要：本实验借助共振仪，测量观察电磁阻尼对摆轮的振幅与振动频率之间的影响。在此基础上，研究了受迫振动，测定摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性曲线，并以此求出阻尼系数 。

关键词：受迫振动     幅频特性曲线   相频特性曲线

引言：振动是自然界最常见的运动形式之一。由受迫振动而引起的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。共振现象在许多领域有着广泛的应用，例如，众多电声器件需要利用共振原理设计制作；为研究物质的微观结构，常采用磁共振的方法。但是共振现象也有极大的破坏性，减震和防震是工程技术和科学研究的一项重要的任务。

1. 实验原理

1.1受迫振动

 本实验中采用的是伯尔共振仪，其外形如图1所示：

                                                       图1

  铜质圆形摆轮系统作受迫振动时它受到三种力的作用：蜗卷弹簧B提供的弹性力矩,轴承、空气和电磁阻尼力矩,电动机偏心系统经卷簧的外夹持端提供的驱动力矩。

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用波耳共振仪研究受迫振动

振动是物体运动的一种普遍现象。比较生动与直观的机械振动在科研与生活中随处可见。而广义地说物质或物理量在某一数值附近作周期性的变化，都叫做振动。所以活塞的往复机械运动是振动，电磁学领域中空间电场的电场强度随时间作周期性的变化是振动，微观领域中微观物质的原子运动也是振动.研究振动与受迫振动所导致的共振现象是重要的工程物理现象。在机械制造和建筑工程等科技领域中振动与共振现象既有破坏作用，也有许多实用价值。众多电声器件，是运用共振原理设计制作的。利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构是在微观科学领域研究振动的重要手段。而大桥由于共振遭至倒塌是世人尽知的。所以，研究振动与受迫振动是一个很有意义的物理实验项目。

表征受迫振动性质的是受迫振动的振幅-频率特性和相位-频率特性（简称幅频和相频特性）。本实验中，采用波耳共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性，并利用频闪方法来测定动态的物理量——相位差。数据处理与误差分析方面内容也较丰富。

[实验目的]

1、  研究波尔共振仪中摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。

2、  研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。

3、  学习用频闪法测定运动物体的某些量。

[实验原理]

物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振动，这种周期性的外力称为强迫力。如果外力是按简谐振动规律变化，那么稳定状态时的受迫振动也是简谐振动，其振动频率与外力频率相同。此时，振幅保持恒定，振幅的大小与强迫力的频率，原振动系统无阻尼时的固有振动频率，以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。（当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时振幅最大，相位差为90°。）

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