教学目标

重点与难点

实验内容

教学方法

教学过程设计

 一．讨论

1．惠斯登电桥（平衡电桥）测电阻的原理

2．非平衡电桥电压输出测电阻的原理

因Io=0，故I1=I4，I2=I3，根据分压原理，输出电压Uo为：

                                              （4-22-3）

由（4-22-3）式看出，当R1R3=R2Rx时，Uo=0，电桥处于平衡，这就是惠斯登电桥。

若R1、R2、R3为固定电阻，Rx为随温度变化的电阻，Rx=R (t)。

设室温t= t0时，Rx= Rx0，当温度t = t0+D t时，Rx = Rx0+DRx，由（4-22-3）式求得电压Uo为：

                           （4-22-4）

在室温t0时要预调平衡，即调节R1、R2和R3，使R1R3=R2Rx0，则（4-22-4）式变为：

                         （4-22-5）

若Rx电阻变化很小，DRx<< R1、R2、R3，则（4-22-5）式分母中DRx可以略去，（4-22-5）式变为：

                                       （4-22-6）

下面分三种桥式电路讨论：

① 等臂电桥：R1=R2=R3=Rx0 ，（4-22-6）式变为：

     即                                （4-22-7）

② 输出对称电桥，也称卧式电桥：R1=Rx0，R2=R3，且R1¹R3，（4-22-6）式变为：

     即                                （4-22-8）

③ 电源对称电桥，也称为立式电桥：R1=R2，R3=Rx0，且R1¹R3，（4-22-6）式变为：

                                          （4-22-9）

由上三式可以看出，当DRx<< R1、R2、R3时，三种电桥的输出电压Uo均与  成线性关系。

若Rx0、DRx相同情况下，等臂电桥、卧式电桥输出电压Uo比立式电桥输出电压Uo高，故灵敏度也高；而立式电桥测量范围大，可以通过选择R1、R3来扩大测量范围，R1、R3差距越大，Rx测量范围也越大。

测量电压Uo后，计算出DRx，从而求得Rx= Rx0+DRx 。

 二．课后思考题

 1．平衡电桥与非平衡电桥有哪些不同？

2．什么时候用平衡电桥测电阻较好，什么时候用非平衡电桥测电阻较好？

3．非平衡电桥中立式桥为什么比卧式桥测量范围大？

4．若用惠斯登平衡电桥测出铂电阻Pt100在0°C冰水混合物内的阻值为R0=（100.5±0.2）Ω；用最小二乘法测出Rx— t图的斜率为K=(0.388±0.003) Ω/℃，请计算出电阻温度系数α(=K/R0)的测量值及其不确定度u(α)，并写出测量结果的标准表达式。 

第二篇：物理实验报告2

 物理实验报告

实验报告

  系班  精仪系81   姓名 ##   编号 8   实验日期 20##-10-27

一． 实验名称

直流电桥测电阻及组装数字温度计

二． 实验目的

1)   了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法；

2)   单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据；

3)   使用非平衡电桥测电阻及组装数字温度计。

三． 实验原理

惠斯通电桥测电阻：

铜丝的电阻温度系数：

·          多数金属的电阻随温度的升高而增大，有如下关系式

式中，和分别是、0时金属的电阻值；是电阻温度系数，单位是（）。对本实验所用的纯铜材料，在的范围内的变化很小，可以当成是常数，所以与呈线性关系，于是有

双电桥测低电阻（选做）：

  双电桥原理示意图如下所示：

·           双电桥中当流过检流计的电流为零时，电桥达到平衡，于是可以得到以下三个方程

解上述方程可得

由于双电桥在设计上尽量做到，并且尽量减少电阻，

因此可得

同样在仪器中将，所以也有  

·           因为引入了四端接法和增设了两个阻值较高的臂和，减少了引线电阻和接触电阻对被测地址电阻的影响，所以也可以像单电桥那样来计算。

组装数字温度计：

·           非平衡电桥是指把平衡电桥中的检流计去掉，通过测量两端的电压来确定电阻，如果电源一定，变化时，输出的电压公式为

·           将电源和检流计互易位置，用它测量对的误差就会减少，这样的电桥就叫做互易桥；

·           因为与在一定范围内是线性关系

这样就可以改写为

考虑到本实验的一些具体因素，，铜丝温度系数，可以将上式进一步化为

为非线性误差项，忽略后，又  

所以得

至此就完成了线性化设计，选择电桥参数，，就可以用非平衡桥组装成数字温度计

 

四． 实验装置

·           型单电桥、型双电桥、检流计、被测电阻、铜丝电阻、稳压电源、温度计、电加热器、搅拌器、调压器、直流电机、导线。

五． 实验步骤

惠斯通法测电阻：

·           熟悉电桥结构，预调检流计零位；

·           测量不同量级的待测电阻值，根据标称值，首先选定比率，接着调整电桥平衡而得到读数，然后测出偏离平衡位置分格所需的测量盘示数变化，以便计算灵敏阈；

·           根据记录的数据计算测量值，分析误差，最后给出各电阻的测量结果。

单电桥测铜丝的电阻温度系数：

·           测量加热前的水温及铜丝电阻值；

·           从起始温度升温，每隔左右测量一次温度及相应的阻值；

·           测量后用计算机进行直线拟合来检验数据。

组装数字温度计：

·           将型惠斯通电桥改装成互易桥，电源接到原电桥的的“外端”，将数字电压表接到原电桥的端；

·           按所选的参数组装数字温度计，在前面实验装置中继续进行，在余温上每隔测量组实验点，然后上计算机拟合，检验数据的线性关系。

六． 实验数据处理

·           惠斯通法测电阻：

仪器编号  0704081   ；电桥型号  QJ-23   ；编号  8   

·          单电桥测铜丝的电阻温度系数：

仪器编号         ；电桥型号  QJ-23   ；编号  8   

用计算机拟合数据得到的结果如下

从而计算出  ，，

所以表达式为

从表达式中可以得出

    

·          组装数字温度计：

组装数字温度计之前，根据前一个实验测得的一些参数，这里所取用的电桥参数为

      

有了上面这些准备数据，我们就可以开始组装数字温度计。

以下是实验数据表格：

仪器编号         ；电桥型号  QJ-23   ；编号  8   

用计算机拟合上面的数据得到的结果如下：

从而计算出   ， ，  

所以表达式为

七． 若干思考题

1．  为什么用单电桥测量的电阻一般比伏安法测电阻准确度高？单电桥中检流计的准确度对实验的测量的有无影响？

答：因为伏安法测电阻的误差来源主要是表的读数误差，而单电桥法不用估读，采取电位是否平衡的方法，而电阻值也是由电阻箱来调节，避开了读数造成的误差；

对测量无影响，对的测量有影响。因为电流计的准确度会影响读数，从而影响。

2．    如果用单电桥测一微安表的内阻，应怎样才能保证被测微安表不超量程？

答：将此微安表先和一个标准的大电阻串联，在接入单电桥中进行测量。

3．    用电桥法测量电感线圈的直流电阻时，为防止通断瞬时产生大电流损伤检流计或干扰测量，接通时应先按合，后按合，断开时应先断，后断，为什么？

答：感性电阻会因为电流的瞬时变化而产生一个顺势高电流，如果此时把检流计也打开，则容易损坏检流计；断开的时候也一样，要先断、然后再断。

4．    试从式说明为什么选取比率臂的时候应使单电桥的测量盘尽量用上？

答：因为在测量中是固定的，当确定的时候，的有效位数越多越精确，所以尽量用到测量臂的千位档。

八． 注意事项

·           选取比率臂的原则是使测量臂尽量用到千位档，这样的话电阻的有效阻值可以达到4位。

·           惠斯通电桥使用外接电源或检流计时要把相应的内接端扭用金属片短路。

·           在测电阻温度系数这个实验中，水温要在保温状态读数，保温时，根据多次测量的经验，应把接触调压器放在的位置比较合适。

·           注意温度计的正确使用和保护，因为温度计里面的汞对人有害。

·           组装数字温度计时，电源电压要在和都按下的情况下测量，否则测出的只是开路电压，这会影响最后直线拟合中的、的值。

·           在离开的时候，要把各仪器归位，并检查是否断电。

九． 心得体会

·           做物理实验最重要的是要有耐心和一颗探求真理的心。比如说这次的测量铜丝电阻温度系数实验，要读温度计示数的时候，必须先等到示数稳定之后才能读，什么时候才算稳定了呢，况且温度计的示数变化又没有那么灵敏，一下子还真看不出来是否稳定。所以这时绝对不能着急，要静静得等上一两分钟，看看示数是否在变化。小结一下就是，做这个实验时间上绝对得充裕，否则出来的数据肯定是不准的。

·           再者，就是数据的真实有效性。物理实验是建立在大量的重复性实验数据基础上的，所以数据必须要真正测出来的，而不是建立在理论计算上的。而误差那是另外一回事。就比如这次的单电桥法测阻值为的电阻时，采用比率臂为0.1，测出的结果刚刚好是，稍微多和少都会引起检流计的偏转，我就纳闷了，有这么准的电阻吗，是不是操作错了？于是我又重做一遍，结果还是一样，所以最终我还是把这个阻值写了下来，尽管这是一般人看了都无法相信，但这就是事实。