惠斯通电桥测电阻

实验名称:用惠斯通电桥测电阻电桥是很重要的电磁学测量仪器之一,它主要用来测量电阻器的电阻、线圈的电感和电容器电容及其损耗.其中最简单的单臂直流电桥即惠斯通电桥可以用来精确测量中值电阻(几十欧姆至几十万欧姆);此外还有测量低阻值(几欧姆以下)的双臂电桥,即开尔文电桥;测量电感、电容及其损耗的各种交流电桥等,虽然它们的测量对象及构造各异,但它们的原理却是相同的,因此学习和掌握惠斯通电桥的原理不仅为正确使用单臂电桥,而且能为分析其他电桥的原理和使用方法奠定基础.实验介绍实验目的掌握惠斯通电桥测电阻的原理学会正确使用箱式电桥测电阻的方法了解提高电桥灵敏度的几种途径实验仪器万用电表、Zx-21型电阻箱(3个)、检流计、学生电源、滑线变阻器(2个)、惠斯通电桥实验板(带三个待测电阻、开关)A万用电表B检流计C电阻箱D滑线变阻器E学生电源F惠斯通电桥实验板实验原理直流电桥的平衡：当b、d两点电势相等时电桥平衡,此时有其中R1为测量臂,R2、R3为比例臂,R4为比较臂.34213421RRRRRRRRRx：电桥的灵敏度电桥的灵敏度由下式定义:由上式可知,如检流计的灵敏阈为△n,则电桥的灵敏度引入测量的相误差为44RRnSSnRREr影响电桥灵敏度的因素:与检流计的电流灵敏度Si成正比,但Si值过大,电桥就不易稳定,平衡调节比较困难;Si值过小,测量精确度低.因此选用适当灵敏度的电流计很重要.与电源电动势E成正比.但电源电动势过大会造成电路中电流过大容易烧坏电阻箱等器件.因此在增大电动势的同时要考虑电路所要求的最大电流.与电源的内阻和串联的限流电阻RE有关.增加RE可以降低电桥的灵敏度有利于寻找调节电桥平衡的规律.随着平衡的接近,RE的值应适当调到最小值.与检流计的内阻有关.RG越小,电桥的灵敏度越高,反之越低.增加RG可以降低电桥的灵敏度有利于寻找调节电桥平衡的规律.随着平衡的接近,RG的值应调到最小值与电源与检流计的相对位置有关.用电阻箱、检流计及惠斯通电桥实验板组成惠斯通电桥测量电阻测量前先用万用电表对三个未知电阻进行粗测,并且把RE和RG先调到阻值最大,比例臂R2、R3不宜取的过小,可以取R2=R3=500Ω,检流计调零.连接待测阻Rx,取R4的阻等于Rx的粗测值,按开关SE和SG,观察检流计指针偏转的方向和大小,改变Rx再观察,根据观察的情况正确调整R4,直至检流计指针无偏转,再逐渐减小RG及RE再调R4直至检流计指针无偏转,记下数据,然后将R2、R3交换位置再测量(换臂测量).实验内容当Rx大于R4的最大阻值时,则取R2/R3=10或100进行测量,当测得的R4的阻值有效位数不足时,可以取R2/R3=0.1或0.01.测量三个待测电阻的阻值,并估计其不确定度.测量电桥的相对灵敏度参照灵敏度的定义式自拟测量步骤可参照下列要求进行探索并记录结果1)RG和RE取最小和最大时的差别2)R2、R3取5000Ω和50Ω时的情况3)对调检流计和电源时的情况.思考题►为什么要在测量前先粗测待测阻值►能否用一个阻值较大的滑动变阻器代替R2、R3,如果可以,应如何操作?参考文献:杨述武等主编,普通物理实验(电磁学部分),高等教育出版社