2023年惠斯通电桥实验报告.docx

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1、叁南歌业大专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式中比例系数K称为比率或倍率，通常将RI、R2称为比率臂，将R0称为比较臂。2 .电桥的灵敏度式是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否达成真正的平衡状态，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0. 1格 时，人眼就很难觉察出

2、来。在电桥平衡时，设某一桥臂的电阻是兄若我们把R改变一个微小 量AR,电桥就会失去平衡，从而就会有电流流过检流计，假如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在平衡状态。为了定量表达检流计的误 差，我们引入电桥灵敏度的概念，它定义为0 3 =(2)式中公为电桥平衡后电阻R的微小改变量，加7为电阻变化后检流计偏离平衡位置的 格数，所以S表达电桥对桥臂电阻相对不平衡值 RIR的反映能力。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)，4、B之间为一根长度为入、截面积和电阻率都均匀的电阻丝。电阻丝上装有接线

3、柱 的滑键可沿电阻丝左右滑动,按下滑键任意触头，此时电阻丝被提成两段，设段的长度 为Li、电阻为Ri,的长度为心、电阻为色，因此当电桥处在平衡状态时，有.=24=?凡=式中的长度可以从电阻丝卜面所附的米尺上读出，Ro用一个十进制转盘式电阻箱作 为标准电阻使用。此外电源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，可用互换Ro与R、的位置重新测量的方法来解决。也就是在测 定R、之后，保持R、R?不变(即。点的位置不变)，将R。与&的位置对调，重新调节R。为此, 使电桥达成平衡，则有=与J J 弋。(4)所以“i 44由式（5）可知，Rx与RI、R2 （或L

4、I、L2）无关，它仅取决于RO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成平衡。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RI、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9999Q;检流计安装在比

5、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；“R”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I不同倍率挡的测量范围与相对不拟定度5.检流计倍率K0.0 0 10. 010. 11101 001 000范围/C9.9 9 999 . 999 9 9 .99 99999.99x10,999.9x1039.999x1 06相对不拟定度2%0.5 %0.2%0.2%0.5%0.5%2%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。木实验所用AC5/ 4型直流指针式检流计，使用时需水平放置

6、。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，此外尚有“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 流计指针不断地摆动，将“短路”按钮按下，指针便立刻停止摆动。四、实验环节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RO,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，使电桥处在平衡位置，记录R0和L 1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,反复上述环节，记 录%的值，计算待

7、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AR，记录检流计指针偏离平衡位置的 格数An,计算电桥的显敏度S。(6)换一个待测电阻，反复上述环节。(7)计算待测电阻的绝对不拟定度并表达出测量结果。2 .用箱式惠斯通电桥测电阻(1)根据待测电阻Rx的估计值，拟定倍率K,使R 0阻值与倍率K的乘积接近R x的 估计值。(2)按下“B”、“G”按键，观测检流计指针偏转限度，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 (比较僧四个转盘电阻之和)与倍率K的值，求出待测电阻Rx值，并由 表1给出测量不拟定度。(4 )换一个待测电阻，仿照上述环节

8、再次测量。五、原始数据记录1、滑线式电桥：LiRo4ARA n电阻150. 0 c m428 4 .9。4370. 2c0 . 3c2.0格电阻25 0.0cm43. 8c43.3C0.2C3. 8格2、箱式电桥:倍率”Ro电阻10 . 12 9 99Q电阻20.013495c六、实验数据解决:L滑线式惠斯通电桥(1)电阻1：R = j4284.9x4370.2Q 4327.34QA/7R，RA/7R，R2.00.3/4370.2格=29134.70格电阻箱的相对不拟定度电阻箱的相对不拟定度=。 + 6M/9 = 0.1 % + 0.002 x 6 / 4370.2 = 0.1003%待测电阻

9、的相对不拟定度%=冏沟=向丽藤孑=-46%待测电阻的不拟定度UrR = U.r ,R = 0.46% X 4327.34Q 19.9 IQ cera a待测电阻的阻值为/?v= (4327.34 19.91)0人=0.46%(P = D电阻2：R、二疯筋= = 43.5Q“3.8“3.8AR, R 0.2/43.3格=823格电阻箱的相对不拟定度电阻箱的相对不拟定度UCR, = 6/% + / =0.1%+ 0.002x6/43.3 = 0.00128R、待测电阻的相对不拟定度待测电阻的不拟定度UeR = UtllRx =0.13%x 43.5Q = 0. IC crti x待测电阻的阻值(P

10、 = D(P = D/?v= (43.5 0.1)Q”.=0.13%2 .箱式电桥电阻h待测电阻的阻值 K = K% = 0.1X 2999Q = 299.9Q由表1可知，当K=0A时，电桥的相对不拟定度为0.2%待测电阻的不拟定度为U 困=5： = 0.2% x 299.9Q = 0.6Q待测电阻的阻值IX =(299.9 0.6)。4(p=i)心产0.2%(2)电阻2:待测电阻的阻值凡=Kr=0.01x3495。= 34.950由表1可知，当K=0.0l时，电桥的相对不拟定度为0.5% 待测电阻的不拟定度UeR = Ucre,Rx = 0.5% x 34.95C = 0.17C待测电阻的阻值/?=(34.95 0.17)0_1=0.5% (P = 0七、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,因此实验中要尽最选择灵敏度高、内阻低 的检流计。2、实验中，金属丝上的滑片应当尽量靠近中间，这样会使测量误差减小。3、电阻箱的实验仪器发热以后也也许给实验带来了一定的误差。八、