惠斯通电桥实验报告.docx
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惠斯通电桥实验报告
惠斯通电桥实验报告
云南农业大学
物理实验报告
实验名称:
惠斯通电桥测量电阻
一、实验目的
(1)了解惠斯通电桥的构造和测量原理。
(2)掌握用惠斯通电桥测电阻的方法。
(3)了解电桥灵敏度的概念及其对电桥测量准确度的影响。
二、实验仪器
滑线式电桥,箱式电桥,检流计,电阻箱,滑动电阻器,待测电阻,电源,开关,导线等。
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
(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0.001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
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
范围/Ω
<9.999
<99.99
<999.9
<9999
<99.99×103
<999.9×103
9.999×106
相对不确定度
2%
0.5%
0.2%
0.2%
0.5%
0.5%
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
4284.9Ω
4370.2Ω
0.3Ω
2.0格
电阻2
50.0cm
43.8Ω
43.3Ω
0.2Ω
3.8格
2、箱式电桥:
倍率K
R0
电阻1
0.1
2999Ω
电阻2
0.01
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:
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
2.箱式电桥
(1)电阻1:
待测电阻的阻值
由表1可知,当K=0.1时,电桥的相对不确定度为0.2%
待测电阻的不确定度为
待测电阻的阻值
(2)电阻2:
待测电阻的阻值
由表1可知,当K=0.01时,电桥的相对不确定度为0.5%
待测电阻的不确定度
待测电阻的阻值
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、
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