实验课程

课程编号：PY055002

课程名称：电子电磁技术实验                                    英文名称：Electronic and Electromagnetic Technology Experiment

学分/学时：2/64                                                      课程性质：选修

先修课程：大学物理、物理实验、电磁学                   开课单位：物理学院

一、课程教学目标及任务

当今正处于一个科学技术迅速发展的时代，高新技术层出不穷，而物理学是技术的基础。没有20世纪以来以相对论和量子力学作为理论基础的近代物理学的巨大发展，就没有今天的计算机、激光和光通信、核能、纳米科学和技术等各种各样的高新技术。

电子电磁技术实验不仅使学生生动直观地观察学习在近代物理学发展史中起过重要作用的著名实验，领会著名物理学家的物理思想和实验设计思想，进一步巩固理解以前学到的理论知识，而且可以掌握科学实验中一些不可缺少的现代实验技术，比如GPRS测量技术、CCD测量技术、超声成像和红外成像技术等。通过这些实验的训练，学生不但可以理解近代物理学的基本原理，学习科学实验的方法、自动化测量的系统设计方法和实验技术，而且可以进一步培养学生的科学作风和进行科学研究的能力。

二、课程教学内容及基本要求

本课程计划学时为64学时，学生应完成16个实验。开出的实验内容如下：

实验1 超声定位及成像综合实验

（1）了解脉冲回波型超声成像的原理，探测水下物体轮廓；

（2）测量水中超声声速，观察脉冲回波波形；

（3）了解声纳的工作原理，对被测目标进行坐标定位

（4）水下物体进行扫描成像

实验2 磁阻效应实验

（1）测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。

（2）作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。

（3）对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

实验3 CCD微机测径实验

（1）学习和掌握线阵CCD器件的几种实时在线、非接触高精度测量方法；

（2）学习和掌握测量系统参数的标定方法；

（3）对比和分析在不同测量方法下，环境因素对测量精度的影响。

实验4 交变磁场测量实验

（1）了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握FB201A型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。

（2）测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。

（3）了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。

（4）研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。

实验5 电介质介电常数的测量实验

（1）掌握固体、液体电介质相对介电常数的测量原理及方法；

（2）学习减小系统误差的实验方法；

（3）学习用线性回归处理数据的方法。

实验6 基于线阵CCD的二维码扫描识别实验

（1）掌握运用线阵CCD进行二维码测量的基本原理和方法。

（2）利用图像识别软件对二维码进行识别。

实验7 磁致旋光实验

（1）了解法拉第效应原理，区分磁致旋光与自然旋光的不同。

（2）掌握光线偏振面旋转角度的测量方法。

（3）验证费尔德常数公式，并计算荷质比。

实验8 超声探伤实验

（1）掌握了超声波的特点，了解超声波的应用；

（2）掌握超声波及其探测器的性能表征方法；

（3）理解利用超声波进行材料性能表征的原理，掌握利用超声波测量固体弹性常数的技术；

（4）通过超声波折射现象了解弹性波的基本特性和波形转换；

（5）学习超声探伤的基本测试方法；

（6）了解超声成像的基本原理。

 

实验9 磁阻传感器与地磁场测量实验

（1）了解磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法

（2）了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法

（3）利用磁阻传感器测量通电单线圈产生磁场分布，并与理论值进行比较

（4）利用磁阻传感器对地磁场进行测量

实验10 电致和磁致伸缩效应实验

（1）了解迈克尔逊干涉仪的基本原理；

（2）观察等倾干涉条纹；

（3）测量激光波长；

（4）测量压电陶瓷的电致伸缩特性；

（5）测量不同材料的磁致伸缩特性。

实验11 燃料电池特性综合实验

（1）了解燃料电池的工作原理。

（2）观察仪器的能量转换过程：光能—太阳能电池—电能—电解池—氢能（能量存储）—燃料电池—电能。

（3）测量燃料电池的输出特性，作出燃料电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线，计算燃料电池的最大输出功率和效率。

（4）测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。

（5）测量太阳能电池的特性，作太阳能电池的伏安特性曲线以及输出功率随输出电压的变化曲线，获取太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子等特性参数。

实验12互感系数测量实验

（1）研究线圈励磁频率和励磁电流对互感系数的影响；

（2）研究两线圈相对位置对互感系数的影响；

（3）研究两线圈中心放置不同材质感应芯棒对互感系数的影响；

（4）研究两线圈匝数对互感系数的影响。

实验13双光栅综合实验

1.微小位移的测量

（1）熟悉一种利用光的多普勒频移形成光拍的原理，精确测量微弱振动位移的方法。

（2）作出外力驱动音叉时的谐振曲线。

2. Talbot长度的测量

（1）通过实验了解傅立叶光学的基本理论，加深对其基本概念的理解。

（2）认识Talbot效应在光学中的应用及其重要意义。

（3）掌握测量Talbot长度的方法。

3.振动的研究

（1）研究受迫振动。

（2）测量音叉的谐振曲线及振动频率。

（3）学会利用李萨如图法测定频率。

实验14 多普勒效应综合实验

（1）测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由f-V关系直线的斜率求声速。

（2）利用多普勒效应测量物体运动过程中多个时间点的速度，由显示屏显示V-t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，可验证牛顿第二定律。

实验15 密立根油滴实验

(1)掌握密立根油滴实验的原理与数据处理方法；

(2)使用CCD微机密立根油滴仪测量得到电子电荷；

(3)了解CCD图像传感器的原理与应用。

实验16 电子荷质比测试实验

(1)加深电子在电场和磁场中运动规律的理解；

(2)了解电子射线束磁聚焦的基本原理；

(3)学习用磁聚焦法测定电子荷质比e/m的值。

实验17 PN结正向压降与温度的关系

(1)了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。

(2)在恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度及被测PN结材料的禁带宽度。

(3)学习用PN结测温的方法。

实验18 固体的线热膨胀系数的测量

(1)掌握测量金属线热膨胀系数的基本原理。

(2)测量不锈钢管、紫铜管等的线膨胀系数。

(3)学会用热电偶测量温度。

实验19 动态法测量杨氏模量

(1)学习用动态法测量杨氏模量的原理和方法。

(2)学会用示波器观察判断样品共振的方法。

实验20 非平衡电桥的原理和设计应用

(1)掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同；

(2)掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法。

实验21 方波的傅里叶分解与合成

(1)用RLC串联谐振方法将方波分解成基波和各次谐波，并测量它们的振幅与相位关系。

(2)将一组振幅与相位可调正弦波由加法器合成方波。

(3)了解傅里叶分析的物理含义和分析方法。

实验22 基于声源定位的GPS模拟实验

(1)加深理解压电传感器的工作原理；

(2)了解并掌握超声波发射与接收的原理与应用技术；

(3)了解并掌握二维平面的声源定位的原理和实验方法；

(4)通过三维空间GPS模拟实验，了解GPS卫星定位的工作原理与应用技术；

(5)掌握用仪器附带计算程序对实验数据进行处理。

实验23 铁电体电滞回线

(1)了解铁电参数测试仪的工作原理和使用方法

(2)了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。

(3)了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。

实验24 RLC电路特性的研究

(1)观测RC和RL串联电路的幅频特性和相频特性

(2)了解RLC串联、并联电路的相频特性和幅频特性

(3)观察和研究RLC电路的串联谐振和并联谐振现象

(4)观察RC和RL电路的暂态过程，理解时间常数τ的意义

(5)观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律

(6)了解和熟悉半波整流和桥式整流电路以及RC低通滤波电路的特性

三、教学安排及方式

总学时64 学时，其中：讲授0学时，实验64学时，上机0学时，实践0学时，线上 0学时。

注：教学方式包括面授和线上，其中面授包括：讲授、实验、上机、实践。

四、考核及成绩评定方式

由于该课程为考查课，因此没有期中和期末笔试环节，成绩主要由学生的预习（预习报告）、课堂操作、撰写实验报告以及最后的PPT汇报几部分组成最终成绩为“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五等级制。

五、教材及参考书目

教材：

《电子电磁技术实验》，吴兴林、刘伟、李平舟主编，西安电子科技大学出版社。2014.6

参考书目：

1、《基础物理实验》（第二版），李平舟等主编，西安电子科技大学出版社。

2、《综合设计性物理实验》（第二版），李平舟等主编，西安电子科技大学出版社。

3、《大学物理学》，吴百诗主编，西安交通大学出版社。

4、《大学物理学》，马文蔚主编，高等教育出版社。

5、《普通物理学》，程守株主编，高等教育出版社。

六、说明

（一）与相关课程的分工衔接

1、该课程应该在《大学物理》和《物理实验Ⅰ、Ⅱ》结束后，《电磁学》讲完之后开设。

2、学生应该具备高等数学微积分的基本知识，和概率论及数理统计的基本概念。

3、学生应该具备基本的数电、模电及计算机操作的基本知识和应用能力。

（二）其他说明

无

（执笔人：吴兴林刘伟 审核人：李平舟）

2024年4月19日

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