惠斯通电桥实验报告Word下载.docx

惠斯通电桥实验报告Word下载.docx

《惠斯通电桥实验报告Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《惠斯通电桥实验报告Word下载.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三、实验原理：

1.惠斯通电桥的测量原理

如图1所示，由已知阻值的三个电阻R0、R1、R2和一个待测电阻Rx组成一个四边形，每一条边称为电桥的一个臂，在对角A、B之间接入电源E，对角C、D之间接入检流计G。

适当调节R0、R1、R2的阻值，可以使检流计G中无电流流过，即C、D两点的电势相等，电桥的这种状态称为平衡态。

电桥的平衡条件为

（1）

式中比例系数K称为比率或倍率，通常将R1、R2称为比率臂，将R0称为比较臂。

2.电桥的灵敏度

式

（1）是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否达到真正的平衡状态，是由检流计指针是否有可察觉的偏转来判断的。

检流计的灵敏度是有限的，当指针的偏转小于格时，人眼就很难觉察出来。

在电桥平衡时，设某一桥臂的电阻是R，若我们把R改变一个微小量ΔR，电桥就会失去平衡，从而就会有电流流过检流计，如果此电流很小以至于我们未能察觉出检流计指针的偏转，我们就会误认为电桥仍然处于平衡状态。

为了定量表示检流计的误差，我们引入电桥灵敏度的概念，它定义为

（2）

式中，ΔR为电桥平衡后电阻R的微小改变量，Δn为电阻R变化后检流计偏离平衡位置的格数，所以S表示电桥对桥臂电阻相对不平衡值ΔR/R的反应能力。

3.滑线式惠斯通电桥

滑线式惠斯通电桥的构造如图2所示。

A、B、C是装有接线柱的厚铜片（其电阻可以忽略），A、B之间为一根长度为L、截面积和电阻率都均匀的电阻丝。

电阻丝上装有接线柱的滑键可沿电阻丝左右滑动，按下滑键任意触头，此时电阻丝被分成两段，设AD段的长度为L1、电阻为R1，DB的长度为L2、电阻为R2，因此当电桥处于平衡状态时，有

（3）

式中，L1的长度可以从电阻丝下面所附的米尺上读出，R0用一个十进制转盘式电阻箱作为标准电阻使用。

另外电源E串联了一个滑线变阻器RE，对电路起保护、调节作用。

为了消除电阻丝不均匀带来的误差，可用交换R0与Rx的位置重新测量的方法来解决。

也就是在测定Rx之后，保持R1、R2不变（即D点的位置不变），将R0与Rx的位置对调，重新调节R0为

，使电桥达到平衡，则有

（4）

所以

（5）

由式（5）可知，Rx与R1、R2（或L1、L2）无关，它仅取决于R0的准确度。

可以证明当K=R1/R2=1时，电桥的灵敏度最高，由于灵敏度限制而引起的误差最小，显然我们应在此最佳条件下测量。

为此测量时可先将D点放在电阻丝的中间，调节R0的值，使电桥尽量接近平衡，然后再微调D点的位置即可使电桥达到平衡。

4.箱式惠斯通电桥

在面板的左上方是比率臂旋钮（量程变换器），比率臂R1、R2由8个定位电阻串联而成，旋转调节旋钮，可以使倍率K从改变到1000共7个挡，在不同的倍率挡电阻的测量范围和准确度不同，如表1所示。

面板右边是作为比较臂的标准电阻R0，它由4个十进位电阻器转盘组成，最大阻值为9999Ω；

检流计安装在比率臂下方，其上有调零旋钮；

将待测电阻接在Rx两接线柱之间；

“B”是电源的按钮开关，“G”是检流计的按钮开关；

使用箱内电源和检流计时应将“外接”短路；

当电桥平衡时，待测电阻由式

（1）可得。

表1不同倍率挡的测量范围与相对不确定度

倍率K

1

10

100

1000

范围/Ω

<

9999

×

103

106

相对不确定度

2%

%

5.检流计

检流计是一种可监测微小电流的仪器，在物理实验中常用作指零仪表。

本实验所用AC5/4型直流指针式检流计，使用时需水平放置。

其上装有零位调节器，当指针不指零时可以调回零位。

检流计上标有“+”、“–”两个接线柱，另外还有“电计”及“短路”按钮。

在使用过程中如需将检流计与外电路短时间接通，只要将“电计”按钮按下即可》若在使用过程中检流计指针不停地摆动，将“短路”按钮按下，指针便立刻停止摆动。

四、实验步骤

1.用滑线式惠斯通电桥测电阻

（1）了解滑线式惠斯通电桥的构造及用法。

（2）按图2接好线路，选取电阻箱的阻值R0，使其接近待测电阻Rx的估计值。

（3）选取合适的D点，调整R0的阻值，使电桥处于平衡位置，记录R0和L1的值。

（4）保持D的位置不变，将待测电阻Rx和电阻箱R0的位置互换，重复上述步骤，记录

的值，计算待测电阻Rx的阻值。

（5）测量电桥的灵敏度，在电桥平衡后将R0改变ΔR，记录检流计指针偏离平衡位置的格数Δn，计算电桥的灵敏度S。

（6）换一个待测电阻，重复上述步骤。

（7）计算待测电阻的绝对不确定度并表示出测量结果。

2.用箱式惠斯通电桥测电阻

（1）根据待测电阻Rx的估计值，确定倍率K，使R0阻值与倍率K的乘积接近Rx的估计值。

（2）按下“B”、“G”按键，观察检流计指针偏转程度，并逐个调节比较臂的千、百、十、个位读数旋钮，直到检流计准确指零为止。

（3）记录R0（比较臂四个转盘电阻之和）与倍率K的值，求出待测电阻Rx值，并由表1给出测量不确定度。

（4）换一个待测电阻，仿照上述步骤再次测量。

五、原始数据记录

1、滑线式电桥：

L1

R0

ΔR

Δn

电阻1

50.0cm

Ω

格

电阻2

2、箱式电桥：

2999Ω

3495Ω

六、实验数据处理：

1.滑线式惠斯通电桥

（1）电阻1：

电阻箱的相对不确定度

待测电阻的相对不确定度

待测电阻的不确定度

待测电阻的阻值为

（2）电阻2：

待测电阻的阻值

2.箱式电桥

待测电阻的阻值

由表1可知，当K=时，电桥的相对不确定度为%

待测电阻的不确定度为

七、实验误差分析

1、检流计的灵敏度越高，实验结果的误差越小，因此实验中要尽量选择灵敏度高、内阻低的检流计。

2、实验中，金属丝上的滑片应该尽量靠近中间，这样会使测量误差减小。

3、电阻箱的实验仪器发热以后也可能给实验带来了一定的误差。

八、