大学物理实验报告及数据处理

广东第二师范学院 实验报告

生物系12科学教育 曾娜 12550803026

指导老师：

林佩珠老师2013/10/22

实验一：惠斯登电桥测量电阻

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

板式惠斯登电桥、电阻箱、滑线电阻、灵敏电流计、直流稳压电源、箱

式惠斯登电桥、多用电表、待测电阻若干只

三、实验原理

1. 惠斯通电桥的测量原理

如图E1-1 所示，由标准电阻0 R 、1 R 、2 R 和待测电阻x R 组成一个四边形， 每一条边称为电桥的一个臂，在对角 A、B之间接电源E，对角C、D之间接入

检流计G 。适当调节0 R 、1 R 、2 R 阻值，可以使检流计G 中无电流流过，即C、D

两点等电位，电桥达到平衡，平衡时：

图

E1- 1

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(2).电桥的灵敏度

式(E1-3)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0.1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

S

n

RR

(E1-4)

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

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滑线式惠斯通电桥的构造如图

E1-2所示。 图E1- 2

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

Rx

R1LL

R0 1R0 1R0 R2L2L L1

(E1-5)

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

，使电桥达到平衡，则有 节R0为R0

所以

Rx

R2LL L1

2R0 R0R0

R1L1L1

(E1-6)

Rx

R2LL L1

2R0 R0R0

R1L1L1

(E1-7)

由式(E1-7)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。

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(4).QJ23箱式惠斯通电桥

如果将图E1-1 中的三

只电阻( 0 R 、1 R 、2 R )，检 流计、电源开关等全部器件 封装在一个箱子里，就组成 了使用方便且便于携带的箱 式电桥，本实验用QJ23 型 直流电桥，面板布置如图E1-3 所示。在面板的左上方是比例臂旋钮(量程变换器)，比例臂1 2 R、R 由 8 个定位电阻

串联而成，旋转调节旋钮，可以使比例系数K 从0.001 改变到1000 共7 个档，在 不同的倍率档电阻值的测量范围和准确度不同，如表E1-1。

图E1- 3

面板右边是作为比较臂的标准电阻0 R ，它是由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(E1-3)可得。

四、实验内容与步骤

1、按图2接好电路，并用滑动变阻器R5和电阻箱

R的阻值调到最大。

2、由电阻标称值读出Rx，然后选取R使其接近Rx的数值。 3、在实验过程中慢慢将R调 为0，使得G的值为0，这时可以估计出R4的值。记下R4的值。 五、实验数据

图2

公式：R1/R2=Rx/R4

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六、实验反思

1、要注意电源的大小，有时候电流过大，容易烧坏小电阻，比如当RX为20Ω，电源要调小一点，滑动变阻器要调大电阻。

2、要注意电源开通前，滑线变阻器要调到最大阻值，而且R也要最大，这样才能保护灵敏电流计和RX。

3、选用R1/R2的比值要按一定的规律来记录数据。

4、电阻箱的接线不能接错，还有转换的时候也不能忘记每个都要换。

实验二：多用电表的使用

一、实验目的：掌握多用电表的使用方法，使用多用电表检测和判断简单直流电路故障的使

用方法。 二、实验仪器：MF—30型多用电表、电阻箱、直流稳压电

源、滑动变阻器、直流电压表、直流电流表

三、实验原理

（一）、 多用电表的构造和用途

如图1-60所示为多用电表外形图，多用电表是一种多

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量程、多用途的测量交直流电学量的仪器，可以测量电阻、交直流电压和电流. 具体名称如下，①表盘，表盘上有电流、电压、电阻等各种量程的刻度；②选择开关及各种量程；③机械调零螺丝，用于调整电流、电压零点；④欧姆表的调零旋钮，用于调整欧姆零点；⑤表的接线插孔，红表笔插○+孔，黑表笔插○-孔. （二）、多用表中的欧姆表原理

欧姆表的原理是依据闭合电路欧姆定律来完成对表的改装. 其内部电路如图1-61甲所示. 当红、黑表笔间断开时，表的指针不偏转，此时外接电阻为∞，当红、黑短接时，调节调零电阻，让

指针满偏，此时回路中电流最大

Ig= ，外接电阻为零. 当红黑表笔间接电阻

Rx时，回路中的电流I= ，每接一个电阻Rx都将有一个电流与之对应. 因此

我们可以将电流的表盘刻度改为电阻的刻度. 从电流I与电阻Rx的关系可以看出，它们的关系不是一种线性关系，因此，当电流刻度均匀时，电阻的刻度是不均匀的，在图1-61乙

中画出了表盘中电流刻度与电阻刻度对应的示意图.

⑴当I=Ig时，Rx=0,当I=0时，Rx=∞ ⑵当I=

EE

及I= 得

R0 r rgR0 r rg Rx

Rx=R0+r+rg.（中值电阻）

R中=R内= R0+r+rg（注意：换用不同的倍率，中值电阻不同，故每换一次挡，必须重新调零） 同理可得

Ig2

时，由Ig=

I=

34

Ig4

时，Rx=3(R0+r+rg),

I=Ig时，Rx= (R0 r rg)

13

⑶表盘刻度的确定

设电流的满偏电流的n分之一，则测得阻值为（n-1）R中

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n

IgI

R R中R中

R (n-1)R中

IgEE

(Ig ,I )

R中nR中 R

R中

E

，（E不对应的电动势）Ig

Ig不变（用调零电阻调，中值电阻变化）测量电阻时对应的电流值:1.5

3mA

150 350真值I

31.2Ig 10120 RxRx 280

欧姆表可以测量任一个电阻的阻值，但在测量时，为减小测量误差往往要选择合适的倍率挡，使得表的指针指向中央附近. 为什么要这样做呢？原因就是因为欧姆表的刻度不均匀，使得指针在“0Ω”附近和“∞”附近很难比较正确的读出被测电阻的阻值，而且在中央附近即

Rx=R内时，指针偏转角φ与Rx的关系近似成正比，刻度比较均匀，所以测量时一定要选择

合适的倍率，尽可能使指针指到中央附近. 因此测量前要先估计待测电阻的阻值，根据电阻值中值来选倍率挡. 若选好倍率并进行测量时，指针偏转较小，说明电阻较大，应调整倍率至较高挡位. 若电阻无法估测，则测量时，选择倍率挡应从高倍率至低倍率直至指针能够指到中央附近后再进行测量. 欧姆表指针应在值电阻)

（三）、 多用表的使用方法

(1) 测量前，先检查表针是否停在左端的“0”位置上，如果没有停在“0”位置上，需用小螺丝刀轻轻地转动机械调零螺丝，使指针指零. (2) 将红黑表笔插入“+”、“-”表笔插孔.

(3) 把选择开关旋到相应的测量项目并选择适当的量程. 读数时要读与选择开关相对应的刻度读数.

(4) 测量电压、电流时与电压表与电流表的使用方法相同. 测电阻时需要以下步骤: ①把选择开关旋到欧姆档上，并适当选取倍率档.

②两表笔相接，调欧姆零点.

R中4

~4R中范围内，R中 为刻度盘中心阻值(中

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③把两只表笔分别与待测电阻两端相接，读出表的读数乘以倍率即为被测电阻的阻值. ④实验结束后，将表笔拔出，并将选择开关旋至“off ”档或交流最高档. (五)、用多用电表检测简单直流电路故障的基本方法

如果已接好的电路在合上开关后不能正常工作，说明电路存在故障，其原因大致其原因大致有：1、导线内部断线（特别是导线与接线插焊接处）； 2、开关或接线端钮接触不良；

3、电表或电路元件内部损坏等。这些故障必须通过检测以取得有关数据，再根据电路原理进行分析判断后，再根据电路原理进行分析推断出，而更多的故障必须通过检测以取得有关数据，再根据电路原理进行分析判断后，才可找出故障原因。下面介绍用多用电表检查电路故障的方法 （1）电压表法

电路发生故障时，必定引起电路工作状态发生变化，具体地说是引起电路中某些点电压的数值，发生变化。因此，电压表法是检查电路故障最常用的基本方法之一。

实际工作中，通过测量相关点的电压，再将它与正常状况下的电压相比较，就能推断出故障点。 （2）电流表法

通过检测电路或某一支路的电流大小，并与正常值相比较，从而推断出电路故障所在，这种方法称为电流表法，它是检查电路故障的常用方法之一，适宜在电压表发难于测量和判断的情况下使用。用电流表法需要拆开电路以串接电表，因而不够方便。 （3）电阻测量法（欧姆表法）

通过检测电路或某一支路的电阻，或电路中某元件的电阻数值，并与正常值相比较，从而推断出电路障碍所在，这种方法叫做电阻测量法。由于电阻测量法是采用欧姆表进行检测的，所以又称欧姆表法

在用电阻测量法前必须断开电路电源和电表（特别是灵敏电流计）。电阻测量法分开路电阻测量法和在路电阻测量法。前者必须拆开电路或拆下元件，所以不够方便，但测量准确，易于作出正确判断。后者不必拆开电路元件，而是直接在电路上测量并加以分析推断，从而查出电路故障，所以测量方便，但分析判断较难。

实际工作中，电阻测量法多用于初步检测元件电阻数值，线路通断等。 四、 实验注意事项

⑴会画欧姆表电路、熟悉表头电极和＋、－插孔的连接。 ⑵理解机械调零和欧姆调零的区别。

⑶读数时，注意电压表、电流表的量程和欧姆表的倍率，注意表盘上对应刻度的位置；养成先看量程和倍率再读数的好习惯。

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⑷注意电压、电流和电阻的零刻度位置。

(5)读数:读数=示数×倍数 保留两位有效数字

(6) 测量电阻时，待测电阻要与电源和别的元件断开，两手不要接触待测电阻两端. (7)选择好倍率档后要进行“调零”，且每换一次倍率档要“调零”一次.

(8)测量电阻时，若指针偏角过小，应换倍率较大的档进行测量；若指针偏角过大，应换倍率较小的档进行测量。 五、实验内容与步骤

（1） 按图2连接好电路图，测量UAC、UBC、UBP1、UP1C、UP1D、UP1E、UP2F、

UFG、

（2） 测量I1、I2、I3、

（3） 测量RBC、RP1C、 RP2E

（4） 同时记录电路参数E、R1、R2、 R、P1、P2位置（即R1、R2的大小） （5） 设置障碍：

图2

六、实验数据以及表格

1.E=8、R1=500Ω、R2=22Ω、 R=20Ω

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2.设置障碍:

用电压表法测出UP1=EV,而UD=0V，则可断定P1到D点的导线断路或有关的接线端接触不良。

七、实验反思

1.测电压的时候要注意测的是哪个点到哪个点的电压，以防止测错了。 2.测电流的时候应该将该段的电线拆出来，此时的电源要断开，然后再将多用电表串联进去。

3.测电阻的时候，要将电源断开。否则测不到电阻。

4.黑色表笔笔插入“-”的插孔里，红头表笔插入“+”的插孔里。