大学物理实验-单臂双臂电桥和电阻测温实验(完整)详解.docx

电桥实验试题标准答案 [采用电桥测量中值电阻] 一、实验原理 答：惠斯登电桥是用于精确测量中值电阻的测量装置。电桥法测电阻，实质是把被测电阻与标准电阻相比较，以确定其值。由于电阻的制造可以达到很高的精度，所以电桥法测电阻可以达到很高的精确度。 1．惠斯登电桥的线路原理 惠斯登电桥的基本线路如图 1 所示。它是由四个电阻 R1 Rx R 2 R s R h K E R m S G P R1，，R2 Rs Rx 联成一个四边形 ACBD，在对角线 AB 上接上电源E，在对角线 CD 上接上检流计P组成。接入检流计（平衡指示）的对角线称为“桥”，四个电阻称为“桥臂”。在一般情况下，桥路上检流计中有电流通过，因而检流计的指针有偏转。若适当调节某一电阻值，例如改变 Rs 的大小可使 C、D 两点的电位相等，此时流过检流计P 的电流IP =0，称为电桥平衡。则有 图 1 单臂电桥连线图 VC = VD （1） IR1 = IRx = I1 （2） IR2 = IRs = I2 （3）由欧姆定律知 VAC = I R1 1 = VAD = I R2 2 （4） VCB = I R1 x = VDB = I R2 s （5）由以上两式可得 R1 Rx = Rs （6） 此式即为电桥的平衡条件。若R1， ，R2 Rs 已知EQ \* jc2 \* Font:Times New Roman \* hps19 \o\ad(\s\up 10(R2),，) Rx 即可由上式求出。通常取 、 为标准R1 R2 电阻，称为比率臂，将R R1 / 2 称为桥臂比； 为可调电阻，称为比较臂。改变 使电桥达Rs Rs 到平衡，即检流计P中无电流流过，便可测出被测电阻 之值。Rx 2．用交换法减小和消除系统误差 分析电桥线路和测量公式可知，用惠斯登电桥测量Rx 的误差，除其它因素外，与标准电阻R1，R2 的误差有关。可以采用交换法来消除这一系统误差，方法是：先连接好电桥电路，调节 使Rs P中无电流，可由式（6）求出Rx ，然后将 与 交换位置，再调节 使R1 R2 Rs P 中无电流，记下此时的 ，可得Rs′ R Rx = 2 Rs′ （7） R1 式（6）和（7）两式相乘得 Rx2 = R Rs s′ 或 Rx = RRs S′ （8）这样就消除了由R1，R2本身的误差对Rx 引入的测量误差。Rx 的测量误差只与电阻箱Rs 的仪器误差有关，而Rs 可选用高精度的标准电阻箱，这样系统误差就可减小。 实验仪器答：电源，滑线变阻器，电阻箱（3 个），灵敏检流计，待测中值电阻，带保护电阻的开关，开关，导线若干。 实验步骤答： 把检流计的开关打开，对其进行机械调零，完成后关闭开关。 按照图 1 所示的电路连接好线路，设定电源电压为 5V，滑线变阻器处于安全位置。 设定 R1 和 R2 的值，R1/R2=200?/200?，调节可调电阻 Rs 到适当阻值，闭合总开关。 打开检流计开关，看检流计是否有偏转，调节 Rs 阻值，直到检流计指针指零。 闭合检流计支路上带保护电阻的开关，再次仔细调节 Rs，直到检流计指针精确指零。 记下 Rs 的阻值。平衡法测量到此完成。 交换 R1 与 R2 位置，重复步骤 4、5，记下 Rs 阻值 Rs’，交换法测量完成。 关闭电源，关闭检流计开关，收拾仪器。 原始数据记录答： 桥臂电阻 电阻值比较电阻 电阻值 R1 200.1?Rs 199.8? R2 199.9?R′S 200.7? 原始数据处理，给出测量结果，误差分析答： （1） 平衡法： R1 200.1 RX = RS = ×199.8 ≈ 200.0Ω R2 199.9 仪器不确定度：Δ =R1 ∑R a× %+ =R0 2 100× ×0.5%+1 0.1 5× × %+ 0.03 =1.035Ω ΔR2 =1 100× ×0.5% +9 10 1× × %+9 1 2× × %+9×0.1 5× %+ 0.03 =1.655Ω ΔRS =1 100× ×0.5%+9 10 1× × % +9 1 2× × %+8×0.1