10机本大学物理实验下讲义.doc

§实验 1 惠斯通电桥测电阻一、实验目的 1 .理解并掌握电桥电路测定电阻的原理和方法。 2 .学会自搭电桥,并学习用互换(互易)法减小和修正系统误差。 3 .学习使用箱式惠斯登电桥测中值电阻,了解它测低值电阻的误差。二、实验仪器直流稳压电源( YB1731A )1 台,直流检流计( AC5-1 )1台, 直流电阻箱( ZX21 )4个,滑线变阻器 1 个,带测电阻 3 个,导线若干。三、实验原理 1. 电桥法测量电阻基本原理: 电桥法是一种用比较法进行测量的方法,它是在平衡条件下将待测电阻与标准电阻进行比较以确定其待测电阻的大小。根据平衡条件和带测电阻阻值的不同,电桥的种类很多。本实验采用惠斯登电桥( Wheatstone,Charles 1908-1975 ) (又称箱式单电桥) 测量中值电阻( 1Ω到 100K Ω) 2. 惠斯登直流电桥原理电桥的组成: 电桥由桥臂(四个电阻 R A、R B、R S、R X )和桥(平衡指示器检流计)以及工作电源( E) 、开关(K) 组成。平衡条件: 取好 R A,R B, 调整 R S,当时当通过桥 CD 上的电流为 0时, 电桥平衡。此时,xs,IIII BA??, 即S XB AR RR R?( 2-11-1 ) ,为电桥平衡条件。根据( 2-11-1 )式可求得待测电阻 R X。(三) 测量量计算公式(1 )互易法减小和修正自搭电桥的系统误差。电桥平衡后, SB AXRR RR?,然后交换 R S和R X 的位置再调整电桥平衡, SB AXRR RR ??则SSXRRR ???( 2-11-2 ) 。由此式可知 R X 仅与 R S 有关,从而消除了桥臂 R A、R B 的影响。(2 )箱式惠斯登电桥的灵敏度。定义: 待测电阻的相对改变量(Δ RX/RX ) 引起的桥路上检流计中指针的偏转格数Δd, 称为箱式惠斯登电桥的灵敏度。 X XR RdS ???( 2-11-3 )它和检流计灵敏度和电桥线路灵敏度有关。四、实验内容、步骤 (待测电阻最好分别是几十、几百、几千的电阻,可取 3个)。图 2-11-1 惠斯登直流电桥基本组成 、检流计组成惠斯通电桥测量电阻,电桥按图 2-11- 1 连接电路,R A与R B不宜取得很小,可取 500 ?左右。并在“桥”路开关 KG 上并联一个高阻R M,其作用是保护检流计,便于调节平衡状态。当电桥不平衡时,不必每次合 KG ,可以连续调节 Rs ,而流经 G的电流不会太大,直至调节 Rs使G中指针到零附近时,电桥已接近于平衡状态,此时合上 KG 使高电阻短路,”桥”路灵敏度提高, 再仔细调节 Rs使G指针正指零处(一) 等率臂测量 1、选取 R A =R B(R A与R B不宜取得很小,可取 R A =R B =500 ?。) 自搭电桥。 2、检查电路无误后,调节 Rs ,使检流计示数为 0,电桥达到平衡,记下 Rs=Rs1 。 3、交换 R A和R B位置,使电桥重新达到平衡,记下 Rs=Rs2 。 4、测 3-6 组( Rs1 , Rs2 ) ,记录在表格中,试验后根据公式( 2-11-2 )计算出 Rx 及误差。(二) 不等率臂测量 1. 选取 R A ,R B 不同比率, (比例许可自行决定,但一般适中较好,如 1:10,2:5,3:8,也要考虑计算好算)自搭电桥。 (一) 3-6 ,测量待测电阻 Rx2 , Rx3. (三)箱式惠斯登电桥的灵敏度每组实验每次进行完整交换后都测量电桥的灵敏度, 根据( 2-11-3 ) 式计算,最后计算平均值 1S , 2S , 3S 。实验注意事项 1、在不知道电桥是否平衡时,不要长时间同时按下电源开关和检流计开关,以免因电桥严重不平衡造成检流计指针打弯。 2、进行双臂电桥实验时,使用调零旋钮、灵敏度旋钮,一定要轻轻旋动,感觉旋到底就不要再用力了,否则极易损坏之。要养成爱护仪器设备的好习惯。 3、正确使用双臂电桥的“灵敏度”旋钮。开始时,最好将灵敏度调至较低,以便于调节。当电桥接近平衡时,一定要将灵敏度调至最高,以给出尽量准确的测量结果。五、实验数据及数据处理(一)原始数据(供参考) 单位? R AR B第1组第2组第3组第4组 Rs1 Rs2 S Rs1 Rs1 Rs1 Rs1 Rs2 S Rs1 Rs2 S Rx1 11 Rx2 1 10 Rx3 101 (二) 数据处理及结果分析 1. 算出交换法测得的 Rx1 值,测量相对误差及不确定度,写出测量结果。 2. 算出用不同比率臂测得的 Rx2,Rx3 值,测量相对误差及不确定度,写出测量结果。 3. 算出测 Rx1,Rx2, Rx3 阻值时的电桥灵敏度。 2 222 2 21 ????