电桥法测电阻实验教案

实验名称 电桥法测电阻 2 实验学时 实验类型 2 基础性 教学反思与批注 每次实验每组人数 15 组数 实验目的和要求： 1. 了解桥式电路的基本结构及测量电阻的原理； 2. 掌握自搭惠斯通电桥测量电阻的方法； 3. 掌握桥式电路的连接和调节电桥平衡的方法． 实验设备及器材： 便携式QJ-23a型箱式电桥. 实验原理： 将待测电阻Rx与标准电阻并联到电源上，如图12.1所示，则有，IDRxIBRS，即RxIBRS/ID. 图12.1 如果两支路的电流ID、IB和标准电阻的阻值RS已知，则可求出Rx.从数学表达形式上看原理很简单，但从物理实验方面看，要用上式求待测电阻阻值，还必须解决两个问题：一是ID、IB怎样测？若用电流表测,不可避免地存在误差；二是公式是通过并联，即相比较的两电阻RS、Rx两端的电压相同而得到的．怎样确保这个条件？惠斯通1843年发明的电桥解决了以上两个问题．惠斯通在AB和AD之间用标准电阻R1、R2代替ID、IB．在BD之间用灵敏电流计确定两点等电势．这样由图12.1改为了图12.2的惠斯通电桥(又称单电桥)． 图12.2 在图12.2中，R1、R2、RS、Rx称为四个桥臂，R1、R2称为比例臂，RS为比较臂，Rx为待测臂．当BD两点电势相等时，灵敏电流计G中无电流通过，IG=0，指针不偏转，称为电桥平衡，否则电桥不平衡． 由于电桥采用待测电阻与标准电阻相比较的方法，而制造较高精度的标准电阻并不困难，同时，灵敏电流计只用来判断有无电流，只要有足够的灵敏度即可，不存在接入误差，因此，用电桥测电阻准确度高，这是电桥测电阻的主要优点． 惠斯通电桥是最常用的直流电桥．当B、D两点间电势不等时，有电流通过检流计，电桥不平衡．调节RS，使检流计中电流为零(IG=0)，此时B、D两点间电势相等，电桥达到平衡，此时，UD=UB、I1= Ix、I2= Is、UAD=UAB,、UDc=UBc,于是有I1R1I2R2，I1RxI2RS， RxR1RSkRS (12.1) R2式(12.1)即为本实验的测量公式．式中，kR1/R2称为比例系数．由式(12.1)知，当电桥平衡时，四个桥臂的电阻间有一个简单的关系：两相对桥臂电阻的乘积相等． 显然，Rx可由标准电阻R1、R2和RS求得，与电源的电压无关．所以，电桥测电阻实质上是比较测量法．由于标准电阻有很高的精确度，因而用电桥测电阻也有很高的精确度．为了测量方便，箱式电桥上、比例系数kR1/R2取成固定比率(倍率)．测量时先确定k，然后调节RS使电桥平衡，由公式RxkRS得到测量结果． 实验内容与步骤： 1．接通电源，将单刀双掷开关拨向“内接”. 2．将被测电阻接入Rx两端，（接入前先用万用表粗略测出阻值）. 3. 粗调调节k和RS，使之满足Rx=R1RS/R2,=kRS,( RS的最高档不能为零)． 4．细调轻轻按下桥中的G开关,观察检流计指针的偏转情况，若指针向右偏，需要增大kRS, 若指针向左偏，需要减小kRS,直到电流计指针指到“0”位置，电桥平衡。 单电桥测电阻数据记录 实验数据记录与处理： 次数 电阻 k RS(Ω) 1 51Rx=kiRSi= 5i12 3 4 5 学生实验报告要求： 实验报告字迹工整，文字简练，数据齐全，图表规范，计算正确，分析全面。 注意事项： 1．自组电桥接线时，应先接四个桥臂，再接桥支路，最后接入电源． 2．用电桥测电阻之前，必须先用万用表，粗测待测电阻的阻值，并调RS≈Rx，以保护检流计． 3．自组电桥Rn调大可减小G中电流，降低G的灵敏度并保护G． 4．必须按规定选择电桥测电压，若电源电压低于规定值，会使电桥灵敏度降低，若高于规定值，则可能烧坏桥臂电阻． 5．实验过程中为了保护检流计，应特别注意“先粗调（打开G开关），后细调（合上G开关）． 思考题 1．惠斯通电桥法测电阻的原理是什么，如何又快又好地把电桥调节平衡？ 2．惠斯通电桥法测电阻的主要误差来源是什么？