探究惠斯通电桥灵敏度的影响因素_精品文档.doc
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探究惠斯通电桥灵敏度的影响因素
实验者：
同组实验者：
指导教师：
【摘要】用惠斯通电桥测电阻时，其精度主要取决于电桥的灵敏度。
电桥的灵敏度越大，由电桥灵敏度引入的误差越小。
要提高测量电阻的精度，就应该从电桥灵敏度的影响因素中入手。
该实验基于此思想，通过调试改变试验中的各相关数据和仪器，探究影响电桥灵敏度的几个具体因素，从而设法找出提高电桥灵敏度的方法。
【关键词】惠斯通电桥灵敏度因素
【实验原理】
惠斯通电桥的原理图如右图所示，其中、、和组成了电桥的桥壁。
当满足时，电桥处于平衡，使调节有一微小变化量，从而会引起检流计指针有一微小偏转。
通常定义电桥的绝对灵敏度为
（1）
电桥的相对灵敏度为：
（2）
可以证明，改变任何一个桥壁，其所得的电桥灵敏度都相同。
由检流计电流灵敏度的定义很容易导出：
（3）
其中，为检流计的电流灵敏度，为改变桥壁一个微小变化量时，检流计微小偏转格相对应的检流计支路的不平衡电流。
再利用基尔霍夫定理解得
（4）
将（4）式带入
（2）式，可得：
（5）
由
（2）式可知，如果检流计的最小可辨偏转量为（一般认为格），则由电桥灵敏度引入的被测电阻值的相对不确定度为：
（6）
表明电桥的灵敏度越大，由电桥灵敏度引入的误差越小。
【调试方案设计】
1、仪器用品：
直流稳压电源1个、检流计1个、滑动变阻器1个、万用表1个、电阻箱5个、电键1个、连接线若干
2、调试方法步骤：
2.1按原理图连接电路，先使，设置桥臂比为，电源电压在之间取值，滑动变阻器取最大值。
正确使用仪器，改变电源电动势，观察改变电源电动势对实验数据的影响，将数据记录于表一中。
2.2在2.1的基础上，使电源电动势不变，对调电源与检流计所接的位置，观察比较对调前后实验数据的变化，将数据记录于表二中。
2.3在2.1的基础上，使电源电动势不变，改变的大小，观察的大小对实验数据的影响，将数据记录于表三中。
2.4在2.1的基础上，使电源电动势不变，改变的大小，观察的大小对实验数据的影响，将数据记录于表四中。
【实验测量】
1、探究电源电动势对电桥灵敏度的影响
按调试方法2.1进行测量，测量数据记录如下：
表一测量条件：
检流计电流常数4*10-8A/格，桥臂比1:
1
电源电动势（V）
R1（Ω）
R2（Ω）
R3（Ω）
R4（Ω）
△R3（Ω）
n（格）
5
500
500
495.0
495.0
11
1
3
500
500
495.1
495.1
12
1
由表一数据得：
当电源电动势为时，
当电源电动势为时，
通过上表定量计算发现，电桥灵敏度与电源电动势成正比。
电源电动势越高，电桥的灵敏度就越高。
但电源电压不宜取太高，一般在，否则，若过大，测小电阻时，有可能桥壁的分流电流超过电阻箱的允许电流而使电阻箱损坏。
2、探究检流计和电源所接的位置关系对电桥灵敏度的影响
按调试方法2.2进行测量，测量数据记录如下：
表二测量条件：
检流计电流常数4*10-8A/格，桥臂比1:
1，电源电动势5V
R1（Ω）
R2（Ω）
R3（Ω）
R4（Ω）
△R3（Ω）
n（格）
对调前
500
500
495.0
495.0
11
1
对调后
500
500
495.6
495.6
12
1
由表二数据得：
对调前，
对调后，
通过上表定量计算发现，电桥的灵敏度与电源和检流计所接位置有关，且在可忽略不计的情况下，检流计接在两点相对接在两点的电桥灵敏度高。
3、探究检流计内阻和之和对电桥灵敏度的影响
通过改变来改变检流计内阻和之和，按调试方法2.3进行测量，测量数据记录如下：
表三测量条件：
检流计电流常数4*10-9A/格，桥臂比1:
1，电源电动势5V
RG（Ω）
R1（Ω）
R2（Ω）
R3（Ω）
R4（Ω）
△R3（Ω）
n（格）
0
1000
1000
998.1
998.1
2
0.1
10000
1000
1000
998.1
998.1
4
0.1
20000
1000
1000
998.1
998.1
5
0.1
由表三数据得：
当时，
当时，
当时，
通过上表定量计算发现，电桥的灵敏度与检流计的内阻和之和成反比。
越小，电桥灵敏度越高，反之则低。
4、探究电源内阻和串联限流电阻之和对电桥灵敏度的影响
通过改变来改变电源内阻和串联限流电阻之和，按调试方法2.4进行测量，测量数据记录如下：
表四测量条件：
检流计电流常数4*10-8A/格，桥臂比1:
1，电源电动势5V
RE（Ω）
R1（Ω）
R2（Ω）
R3（Ω）
R4（Ω）
△R3（Ω）
n（格）
25
1000
1000
998.2
998.2
1
0.1
50
1000
1000
998.2
998.2
2
0.1
75
1000
1000
998.2
998.2
3
0.1
由表四数据得：
当时，
当时，
当时，
通过上表定量计算发现，电桥的灵敏度与电源的内阻和串联限流电阻之和成反比。
增加可以降低电桥的灵敏度，反之则增强。
【实验结论】
由实验数据表明，电源电动势、检流计和电源所接的位置、检流计的内阻和之和、电源的内阻和串联限流电阻之和，都会影响电桥的灵敏度。
在误差允许的范围内，用惠斯通电桥测电阻时，要想提高电桥的灵敏度，可以通过调试改变实验中的上述变量，从而减少由电桥灵敏度引入的误差。
【参考文献】
[1]主编竺江峰，副主编鲁晓东夏雪琴，大学物理实验教程[M]北京：
中国水利水电出版社，2011（9）.
[2]李丽霞，张秀，惠斯通电桥灵敏度的探讨[J]，孝感学院学报,2004（6）.
[3]朱鹤年，物理实验研究[M」.北京:
清华大学出版社，1994.
[4]陈毓斌，惠斯通电桥测电阻的误差分析，技术物理教学2004（01）.
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