物理实验-用惠斯通电桥测电阻-实验报告

1、首都师范大学物 理 实 验 报 告班 级_信工 c 班_ 组 别_d_姓 名_李铃_ 学 号_1111000048_日 期_2013.4.24_ 指导教师 _刘丽峰 _ 【实验题目】 _用惠斯通电桥测电阻 _【实验目的】1、掌握惠斯通(wheastone) 电桥测电阻的原理；2、学会正确使用惠斯通电桥测量电阻的方法；3、了解提高电桥灵敏度的几种方法；4、学会测量单电桥的灵敏度。【实验仪器】qj- 23 型箱式电桥，滑线电阻，转柄电阻箱(0 99999.9 ) ，检流计，直流电源，待测电阻，开关，导线若干。【实验原理】1惠斯通电桥测量电阻的原理图 5.1 是惠斯通电桥的原理图。图中r1 、r2和

2、 r0是已知阻值的电阻，它们和被测电阻 rx 连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。四边形的对角a和 b之间接电源 e；对角 c和 d之间接有检流计g ，它像桥一样。电源接通， 电桥线路中各支路均有电流通过。当c、d两点之间的电位不相等时， 桥路中的电流 ig0，检流计的指针发生偏转；当c、d 两点之间的电位相等时，“桥”路中的电流ig=0，检流计指针指零，这时我们称电桥处于平衡状态。当电桥平衡时，首都师范大学物 理 实 验 报 告，首都师范大学物 理 实 验 报 告两式相除可得到rx 的测量公式(5-1) 电阻 r1r2为电桥的比率臂， r0为比较臂， rx为待测臂。只要检流计足够灵敏，

3、 等式(1) 就能相当好地成立， 被测电阻值 rx可以仅从三个已知电阻的值来求得，而与电源电压无关。由于 r1、r2和 r0可以使用标准电阻，而标准电阻可以制作得十分精密，这一过程相当于把rx 和标准电阻相比较，因而测量的准确度可以达到很高。2电桥的灵敏度电桥平衡后，将r0改变 r0，检流计指针偏转 n 格。如果一个很小的r0能引起较大的 n 偏转， 电桥的灵敏度就高， 电桥的平衡就能够判断得更精细。电表（检流计）的灵敏度是以单首都师范大学物 理 实 验 报 告位电流变化量所引起电表指针偏转的格数来定义的，即首都师范大学物 理 实 验 报 告（5-2）同样在完全处于平衡的电桥里，若测量臂电阻r

4、x改变一个微小量 rx，将引 起 检 流 计 指 针 所 偏 转 的 格 数 n ， 定 义 为 电 桥 灵 敏 度 ， 即（5-3）但是电桥灵敏度不能直接用来判断电桥在测量电阻时所产生的误差，故用其相对灵敏度来衡量电桥测量的精确程度，即有首都师范大学物 理 实 验 报 告（5-4）定义为电桥的相对灵敏度。 它反映了电桥对电阻相对变化量的分辨能力，实验中可以据此测出所用电桥的灵敏度。可以证明改变任何一个桥臂， 电桥的相对灵敏度都是相同的。 (5-5) 当电桥处于平衡点附近，且为微小量时，可以得到首都师范大学物 理 实 验 报 告 (5-6) 由(5-6) 式分析可知： (1)电桥灵敏度s与检流

5、计的灵敏度成正比，检流计灵敏度越高电桥的灵敏度也越高。 (2)电桥的灵敏度与电源电压e 成正比，为了提高电桥灵敏度可适当提高电源电压 e。 (3)电桥灵敏度随着四个桥臂上的电阻值首都师范大学物 理 实 验 报 告的增大而减小，随着() 的增加而减小，臂上的电阻阻值选得过大，将大大降低其灵敏度，臂上的电阻阻值相差太大，也会降低其灵敏度。以上结论为改善电桥相对灵敏度指出了方向，需要指出，在运用提高电源电压和减小桥路各臂阻值以便提高电桥相对灵敏度，千万不要使各臂电阻的负载超过其额定功率，不然将会损坏各臂电阻。同时一般成品电桥为了提高其测量灵敏度，通常都安装有外接检流计与外接电源接线柱。但是外接电源电

6、压的选定不能简单为提高其测量灵敏度而无限制地提高，还 必须考虑桥臂电阻的额定功率，不然就会出现烧坏桥臂电阻的危险。【实验内容】一、用自组惠斯通电桥测电阻测量的电路图如图5.1 所示，图中r1 、 r2和 r0均为旋臂电阻箱，rx 为待测电阻，滑首都师范大学物 理 实 验 报 告线变阻器的作用是来调节加在电桥两端的电压大小。具体的实验步骤如下：1. 首 先 用 万 用 表 粗 测 出 待 测 电 阻 的 大 小 ， 然 后 选 择 合 适 的 比 例2. 调节电源的输出旋钮，使其输出相对较低的电压，调节r0使检流计指针不偏转，再调高电源的输出电压，继续调节r0使检流计指针不偏转，记下此时r0的数

7、值， 利用公式（ 5-1 ）计算出待测电阻值。3. 对于同一个被测电阻，使用三个不同的比例臂，重复步骤(2) 进行测量，取三次测量的平均值即为最终的值。填写以下表格：待测电阻标称值 () 比率12/krr1r() 2r() 0r() 0r（交换1r,2r）() rx() 50 0.1 100 1000 800 1 1000 1000 首都师范大学物 理 实 验 报 告2000 1 3000 3000 本实验使用ac5 2 型 0.5 级直流指针式检流计，它的灵敏度较高，使用时必须注意 ：（1）将指针锁钮转向白点处，此时指针可以转动，进行零点校准。（2）测试时将“电计”开关按下，检流计与线路接通

8、，否则指针不偏转。断电后，若指针来回摆动，则可按一下“短路”开关，使之尽快静止，以便再次测试。（3）在初调电桥平衡时，如果发现按下“电计”开关时，指针以较快的速度偏向一侧，此时应立刻松开“电计 开关，防止非瞬时过载引起的损坏。注意不要将“电计”按钮锁住。（4）检验电桥是否达到平衡，是以按下“电计”按钮，指针不发生任何可察觉的摆动为准，不要以指针是否指零为依据。（5）测量完毕应将指针锁钮拨向红点，使检流计指针出于止动状态。二、用箱式惠斯通电桥测电阻箱式桥是把电桥的各个元件，包括标准电阻箱、检流计、保护电阻、电源、开关等，装在一个箱子里，便于携带、使用方便箱式电桥型号各异，本实验使用的qj一 23

9、 型直流单臂电桥，又叫惠斯通电桥，适用于测量10以上的中值电阻。具体的实验步骤如下：1. 首先进行零点调节，当无电流通过检流计时，其指针应指向零点。2. 将待测电阻rx接在接线柱rx1、rx2 之间， 根据待测电阻阻值的大小，适当选择比率臂 k值( 可参看倍率选择表) 。k值的大小要使比较臂( 电阻箱 ) 上的四个刻度转盘，都要参与调节，即保证电阻的测量结果达到四位有效数。3.k 一般应置于一个估计值，按下电源按钮b，同时按下按钮g将检流计接通，观察检流计指针偏转情况，若指针是偏向“+”的一边，说明待测电阻rx大于估计值，这时应当增大比较臂上电阻的示值；反之若检流计指针是偏向“一”一边，说明待

10、测电阻rx比估计值小，应减小比较臂上电阻示值逐个调节比较臂电阻箱上的四个旋钮( 四个旋钮的调节顺序应由大到小) ，直到检流计接近零。比较臂上四个盘读数之和乘上倍率 k值即为待测电阻的阻值，即，并填写以下表格：首都师范大学物 理 实 验 报 告待测电阻标称值() 比率测量盘示数 () 待测电阻实际值() 50 800 2000 注意：电源按钮开关， 实验中不要将此开关g按下锁住， 以避免电流热效应引起的阻值改变，并防止电池很快耗尽。电流计按钮开关一般只能跃按，以避免非瞬时过载而引起的损坏。【原始数据】【数据处理】首都师范大学物 理 实 验 报 告自组电桥：待测电阻标称值 () 比率12/krr1

11、r() 2r() 0r() 0r（交换1r,2r）() rx() 50 0.1 100 1000 506.0 50.60 800 1 1000 1000 830.0 829.1 829.5 2000 1 3000 3000 2208 2206 2207 箱式电桥：待测电阻标称值() 比率测量盘示数 () 待测电阻实际值() 50 0.01 5044 50.44 800 0.1 8258 825.8 2000 1 2202 2202 【实验数据分析】一、自组惠斯通电桥测电阻标称值为50电阻：60.500210krrrrrx标称值为800电阻：5.82900rrrx标称值为2000电阻：22070

12、0rrrx二、箱式惠斯通电桥测电阻标称值为50电阻：44.50 xr标称值为800电阻：8.825xr标称值为2000电阻：2202xr【思考题】1. 电桥测电阻时，线路接通后，检流计指针总是偏向一边，无论怎样调节，电桥达不到平衡，试分析是什么原因? 答：检流计指针总是偏向一边有可能是电路短路，利用电流表检测流过各个电阻的电流可以排查出问题所在。2. 在使用 qj一 23 型直流单臂电桥测量电阻时， 为什么选取的比率臂一般应使单电桥的四个测量盘尽可能用上? 答：因为四个测量盘都用上表示测得的数据有四位有效数字，这样使结果更加首都师范大学物 理 实 验 报 告精确。3. 在调节 r0的过程中，若检流计相邻两次偏转方向相同或相反，各说明什么问题?下一步应当怎样调节r0 ，才能尽快找到平衡 ? 答：若后一次是增加r0的值，而且与前一次检流计偏向方向相同，那么就意味着 r0小，应继续增加 r0的值；若后一次是增加r0的值，而且与前一次检流计偏向方向相反，那么说明r0的值应该在两次调节的范围之间，要尽快找到平衡就必须调节更小倍率的旋钮，观察偏转的情况。4. 为了提高电桥测量的灵敏度，应采取哪些措施?为什么 ? 答：(1) 提高电源电压。因为rrusu0，即电桥灵敏度与电压成正比。 (2)选用高灵敏度的检流计。因为