大学物理实验报告-单臂双臂电桥和电阻测温实验(完整解答)

电桥实验试题标准答案

[采用电桥测量中值电阻] 一、实验原理

答：惠斯登电桥是用于精确测量中值电阻的测量装置。电桥法测电阻，实质是把被测电阻与标准电阻相比较，以确定其值。由于电阻的制造可以达到很高的精度，所以电桥法测电阻可以达到很高的精确度。 1．惠斯登电桥的线路原理

惠斯登电桥的基本线路如图1所示。它是由四个电阻

R1，R2，Rs，Rx联成一个四边形ACBD，在对角线AB上接上电源E，在对角线CD上接上检流计P组成。接入检

流计（平衡指示）的对角线称为“桥”，四个电阻称为“桥臂”。在一般情况下，桥路上检流计中有电流通过，因而

检流计的指针有偏转。若适当调节某一电阻值，例如改变Rs的大小可使C、D两点的电位相等，此时流过检流计P

的电流IP=0，称为电桥平衡。则有

VC=VD （1） IR1=IRx=I1 （2） IR2=IRs=I2 （3）

由欧姆定律知

VAC=I1R1=VAD=I2R2 （4） VCB=I1Rx=VDB=I2Rs （5）

由以上两式可得

R1

Rx=Rs （6）

R2

此式即为电桥的平衡条件。若R1，R2，Rs已知，Rx即可由上式求出。通常取R1、R2为标准电阻，称为比率臂，将R1/R2称为桥臂比；Rs为可调电阻，称为比较臂。改变Rs使电桥达到平衡，即检流计P中无电流流过，便可测出被测电阻Rx之值。 2．用交换法减小和消除系统误差

分析电桥线路和测量公式可知，用惠斯登电桥测量Rx的误差，除其它因素外，与标准电阻R1，R2的误差有关。可以采用交换法来消除这一系统误差，方法是：先连接好电桥电路，调节Rs使P中无电流，可由式（6）求出Rx，然后将R1与R2交换位置，再调节Rs使P中无电流，记下此时的Rs′，可得

R2

′ （7） Rx=Rs

R1

式（6）和（7）两式相乘得

2′ Rx=RsRs

或

（8）

这样就消除了由R1，R2本身的误差对Rx引入的测量误差。Rx的测量误差只与电阻箱Rs的仪器误差有关，而Rs可选用高精度的标准电阻箱，这样系统误差就可减小。

二、实验仪器

答：电源，滑线变阻器，电阻箱（3个），灵敏检流计，待测中值电阻，带保护电阻的开关，开关，导线若干。 三、实验步骤 答：

Rx=

RsRS

1、 把检流计的开关打开，对其进行机械调零，完成后关闭开关。

2、 按照图1所示的电路连接好线路，设定电源电压为5V，滑线变阻器处于安全位置。 3、 设定R1和R2的值，R1/R2=200 /200 ，调节可调电阻Rs到适当阻值，闭合总开关。 4、 打开检流计开关，看检流计是否有偏转，调节Rs阻值，直到检流计指针指零。

5、 闭合检流计支路上带保护电阻的开关，再次仔细调节Rs，直到检流计指针精确指零。 6、 记下Rs的阻值。平衡法测量到此完成。

7、 交换R1与R2位置，重复步骤4、5，记下Rs阻值Rs’，交换法测量完成。 8、 关闭电源，关闭检流计开关，收拾仪器。 四、原始数据记录 答： 桥臂电阻

电阻值

比较电阻 R′S

电阻值 200.7

R1 R2

Rs

五、原始数据处理，给出测量结果，误差分析 答：

（1） 平衡法：

RX=

R1200.1RS=×199.8≈200.0Ω R2199.9

仪器不确定度：ΔR1=∑R×a%+R0=2×100×0.5%+1×0.1×5%+0.03=1.035Ω

ΔR2=1×100×0.5%+9×10×1%+9×1×2%+9×0.1×5%+0.03=1.655Ω ΔRS=1×100×0.5%+9×10×1%+9×1×2%+8×0.1×5%+0.03=1.65Ω

不确定度相对值：

ΔR1 ΔR2 ΔRS ΔRX 1.035 1.655 1.65 = ++= + =1.3% + R R R 200.1199.9199.8RX 1 2 S

2

2

2

2

2

2

不确定度：ΔRX=RX×1.3%=2.6Ω≈3Ω，结果：RX=200±3(Ω)。

误差分析：由于RX的计算结果与R1，R2，RS三个电阻都有关，而每个电阻的不确定度都会传递到最终结果，所以误差稍大。 （2） 交换法：

=.8×200.7=200.2Ω Rx=RsRS

仪器不确定度：ΔRS′=2×100×0.5%+7×0.1×5%+0.03=1.065Ω

ΔRSΔR

相对误差：X= 2RRX S

ΔRS′

+ 2R′ S

2

1.65 1.065 = + =0.49% 2×199.8 2×200.7

2

22

不确定度：ΔRX=RX×0.49%≈1Ω，结果：RX=200±1(Ω)。

误差分析：消除R1，R2的影响，不确定度大大减小了，但仍然存在仪器误差。

另外，检流计的微小偏转也能带来读数误差。 附：

电阻箱的准确度等级如下： 旋钮倍率×100×10×1×0.1准确度等级0.1 0.5 1 2 5

六、回答问题

1、 如何确定电阻箱仪器误差？ 答：

根据电阻箱的准确度等级，把每个电阻旋钮上的值乘以各自的准确度等级，最后加上零电阻时的不确定度，此为电阻箱的总不确定度；而误差等于不确定度除以电阻箱读数。

如电阻箱读数为12345.6 ，其仪器不确定度为：

Δ仪=∑R×a%+R0

=10000×0.1%+2000×0.1%+300×0.5%+40×1%+5×2%+0.6×5%+0.03 =14.06Ω

则电阻箱误差为： ΔR14.06

==0.11%。 R12345.6

2、 电桥平衡后，互换电源和检流计位置，电桥是否平衡？

答：平衡。因为电桥平衡公式仍然成立。

[采用电桥测量低值电阻] 一、实验原理

答：开尔文电桥就是对惠斯登电桥加以改进而成，它 …… 此处隐藏：4237字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……