設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)

1、姓名： 韋家胤 班 級(jí)： 10機(jī)設(shè)四班 學(xué) 號(hào)： 201010310407 設(shè)計(jì)性物理 微小電阻的測(cè)定實(shí)驗(yàn)【摘要】電阻是基本的電參數(shù)之一，其測(cè)量的方法很多，為了能夠準(zhǔn)確實(shí)用的測(cè)量電阻值，對(duì)于不同電阻采用的測(cè)量方法和使用的儀表是不同的。電阻按照阻值大小可分為高電阻(100KW以上)、中電阻(1W 100KW)和低電阻(1W 以下)三種。一般說(shuō)導(dǎo)線本身以及和接點(diǎn)處引起的電路中附加電阻約為W，這樣在測(cè)低電阻時(shí)就不能把它忽略掉。對(duì)惠斯通電橋加以改進(jìn)而成的雙臂電橋(又稱開爾文電橋)消除了附加電阻的影響，適用于10-5102 W電阻的測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)要求在掌握雙臂電橋工作原理的基礎(chǔ)上，用雙臂電橋測(cè)金屬材料的電

2、阻。【關(guān)鍵詞】雙臂電橋 微小電阻 測(cè)定 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹侩p臂電橋測(cè)低電阻的工作原理 。雙臂電橋測(cè)低電阻的，掌握雙臂電橋測(cè)量方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】QJ44型直流雙臂電橋，金屬棒制造成的四端電阻，電源，銅棒，導(dǎo)線【實(shí)驗(yàn)原理】 1. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于存在接線電阻和接觸電阻，而這些電阻對(duì)低值電阻測(cè)量結(jié)果是產(chǎn)生一定的影響，例如用安培表和毫伏表按歐姆定律R=V/I測(cè)量電阻Rx，電路圖如圖1所示考慮到電流表、毫伏表與測(cè)量電阻的接觸電阻后，等下哦電路圖如圖2所示。由于毫伏表阻電Rg遠(yuǎn)大于接觸電阻Ri3和Ri4，因此他們對(duì)于毫伏表的測(cè)量影響可忽略不計(jì)，此時(shí)按照歐姆定律R=V/I得到的電阻是（Rx+Ri1+Ri2)

3、.當(dāng)待測(cè)電阻Rx小雨1W時(shí)，就不能忽略接觸電阻Ri1和Ri2對(duì)測(cè)量的影響因此，為消除接觸電阻對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，需要將接線方式改成下圖3方式，將低電阻Rx以四端接法方式連接，等效電路如圖4此時(shí)毫伏表上測(cè)量得電眼為Rx的電壓降，由Rx=V/I即可準(zhǔn)側(cè)計(jì)算出Rx。接于電流測(cè)量回路中成為電流頭的兩端（AD),與接于電壓測(cè)量回路中稱電壓接頭的兩端（BC)是各自分開的，許多低電阻的標(biāo)準(zhǔn)電阻都做成四端鈕方式。根據(jù)這個(gè)結(jié)論，就發(fā)展成雙臂電橋，電路圖5所示。標(biāo)準(zhǔn)電阻R5電流頭接觸電阻為C1,C2,待測(cè)電阻Rx的電流頭接觸電阻為C1，C2，都連接到雙臂電橋測(cè)量回路的電路回路內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓頭接觸電阻為r3

4、83;r2，待測(cè)電阻Rx電壓頭接觸電阻為r1.r4,連接到雙臂電橋電壓測(cè)量回路中，因?yàn)樗鼈兣c較大電阻R1R2R3R4相串聯(lián)，故其影響可忽略。由圖（5），當(dāng)電橋平衡時(shí)，通過檢流計(jì)G的電流Io=0，P2和C2兩點(diǎn)電位相等，根據(jù)基爾霍夫定律，可得方程組（1）通過聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時(shí)調(diào)節(jié)R1,R2，R3，R4，使得成立。則（2）式中第二項(xiàng)為零，待測(cè)電阻R,和標(biāo)準(zhǔn)電阻R5的接觸電阻C1，C2均包括在低電阻導(dǎo)線r內(nèi)，則有根據(jù)它的形式，常稱Rx為待測(cè)電阻，R5為比較臂。又令R1/R2=M,M稱為倍率，于是2.下面討論用雙臂電橋測(cè)低電阻時(shí)，為什么能排除導(dǎo)線電阻和接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響：），一般食用粗導(dǎo)線，并使

5、C2，C3處接觸緊密。（2） Rx、R5與電源間的導(dǎo)線電阻及C1、C4處的接觸電阻，只影響總電流的I對(duì)電橋的平衡無(wú)影響，所以，對(duì)測(cè)量結(jié)果也無(wú)影響 （3）電壓接頭P1、P2、P3、P4的接觸電阻以及導(dǎo)線電阻分別包含在相應(yīng)的橋臂里，只要R1、R2、R3、R4足夠大，則導(dǎo)線電阻和接觸電阻不影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。 3.儀器圖:以下圖6為QJ42型攜帶式直流雙臂電橋面板配置圖:(1) 檢流計(jì)，其上有機(jī)械調(diào)零器；(2)電位端接線柱（P1、P2）;(3)電流端接線柱（C1、C2） ；（4）倍率開關(guān)（5）電源選擇開關(guān);(6) 外接電源接線柱;(7)標(biāo)尺；（8）讀書盤Rb；（9）檢流計(jì)按鈕開關(guān)；（10）電源按鈕開關(guān)

6、。試驗(yàn)中判斷電橋平衡的步驟： （1）反復(fù)開合G，如檢流計(jì)指針不動(dòng)，說(shuō)明電橋可能已處于平衡狀態(tài)。（2） 略增、減R0數(shù)值，如指針分別向彼岸偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明平衡點(diǎn)判斷正確，由這一步可以將電路故障引起的“假平衡”情況鑒別出來(lái)。 使用時(shí)應(yīng)注意： （1）倍率要選擇恰當(dāng)。 （2）接通應(yīng)先按“B”后按“G”而后放開“B”.開關(guān)G只能在測(cè)量時(shí)按下，“B”按鈕應(yīng)間歇使用。 （3）調(diào)節(jié)電橋平衡時(shí)，必須對(duì)開關(guān)G采用“路接法”（即作短暫接通），若檢流計(jì)指針偏向“+”，則Rn需要增大；反之需要減少。4.QJ44型箱式雙臂電橋 QJ44型箱式雙臂電橋的面板見圖4_5_65、 電橋路線：【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】用QJ44型直流雙臂電橋測(cè)銅棒

7、的電阻1、將被測(cè)電阻，按四端連接法，接在電橋相應(yīng)的C1、P1、C2、P2的接線柱上，如下圖所示，AB之間為被測(cè)電阻。2、校電阻箱示值范圍為某一示值。3、 在上述范圍內(nèi)預(yù)置電阻箱為某一值，然后將被測(cè)電阻按圖4-5-7所示“四端接法”接在 QJ4型雙臂電橋面板的接線柱上，AB間為被測(cè)電阻。3、 4、在外接電源接線柱上外接 1.5V的直流電壓。靈敏度旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)至最低位置。然后把開關(guān) 關(guān)扳到“通”位置，等穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)零鈕使檢流計(jì)指在零位。5、估計(jì)被測(cè)電阻大小，選擇適當(dāng)倍率M,據(jù)此預(yù)置步進(jìn)讀數(shù)為某值。先按下G按鈕，在點(diǎn)按BA按鈕，觀察檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)圓盤讀數(shù)，使檢流計(jì)指零，調(diào)節(jié)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)靈

8、敏度不夠，可順時(shí)針調(diào)節(jié)靈敏度旋鈕以提高靈敏度，通常認(rèn)為圓盤讀書有變化而檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)也跟著有明顯變化，此時(shí)靈敏度適當(dāng)。在改變靈敏度后會(huì)引起檢流計(jì)指針偏離原零位，故應(yīng)松開B、G鈕，重新調(diào)檢流計(jì)零點(diǎn)，然后再進(jìn)行測(cè)量。6、電橋平衡時(shí)，被測(cè)電阻 Rx=倍率M×（步進(jìn)讀數(shù)值+圓盤讀數(shù)值）7、改變金屬棒的長(zhǎng)度，依次測(cè)量銅棒60cm,100cm,150cm,200cm,250cm,300cm,350cm,400cm,450cm時(shí)的電阻?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】長(zhǎng)度/cm60100150200250300350400450倍率步進(jìn)讀數(shù)滑線盤讀數(shù)電阻（x10-3）表一：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)【數(shù)據(jù)分析】1、測(cè)量所得電阻的平均

9、值2、電阻棒長(zhǎng)度與阻值的關(guān)系曲線圖：表二【注意事項(xiàng)】（1） 被測(cè)電阻一定要按電流接頭、電壓接頭分開的原則正確接線。連接導(dǎo)線應(yīng)短而粗。各接頭必須擦拭干凈，接牢。（2） 由于通過被測(cè)電阻的電流比較大，測(cè)量中通電時(shí)間應(yīng)盡量短。（3） 用雙臂電橋測(cè)量電阻時(shí)，開關(guān)B只能在測(cè)量時(shí)按下，測(cè)好后應(yīng)及時(shí)松開在讀數(shù)。（4） 連接用的導(dǎo)線應(yīng)該短而粗，各街頭必須干凈、接牢，避免接觸不良。由于通過待測(cè)電阻的電流較大，在測(cè)量的過程中通電時(shí)間應(yīng)盡量短暫。 (5)在測(cè)量.(6)電橋使用完畢后，“B”與“G”按鈕松開?！癇1”開關(guān)應(yīng)扳向“短”位置，避免浪費(fèi)晶體管檢流計(jì)放大工作電流。(7)如電橋長(zhǎng)期擱置不用，應(yīng)將電池取出。(8)

10、 電橋應(yīng)貯放在壞境溫度+5+45,相對(duì)濕度小于30%的條件下，室內(nèi)空氣中不應(yīng)含有能腐蝕儀器的氣體和有害雜質(zhì)。（9） 雙臂電橋的靈敏度可根據(jù)需要選擇。若要求測(cè)量精確，可選用較高的靈敏度，其調(diào)節(jié)要求亦高。若測(cè)量要求不高的話，可選擇較低的靈敏度。（10） 指零計(jì)靈敏度開始時(shí)應(yīng)放在較低的位置，待電橋初步平衡后在提高，直至靈敏度最高時(shí)電橋達(dá)到平衡，這樣做可以防止指零儀指針損壞?！舅伎碱}】1、 如果將標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測(cè)電阻電流頭和電壓頭互換，等效電路有何變化，有什么不好？ 答: 如果將他們的兩個(gè)接頭互相交換，等效電路圖中的的兩個(gè)電阻就要更換位置。這樣做不好的地方在于加大了待測(cè)電阻那邊的附加電阻，使得測(cè)量結(jié)果不

11、正確。2、 在測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)低電阻的電壓頭接線電阻較大（例如被測(cè)電阻遠(yuǎn)離電橋，所用引線過細(xì)過長(zhǎng)等），對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有無(wú)影響？答：沒有影響，由于電壓頭支路上存在大電阻（一般大于1000），接線電阻如果相對(duì)于大電阻仍然比較小，與大電阻串聯(lián)時(shí)，阻值也是高階無(wú)窮小量（一般情況下），其影響仍然可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為沒有影響；但如果接線電阻相對(duì)于大電阻在同一數(shù)量級(jí)上，則其影響就不能忽略了?！緦?shí)驗(yàn)小結(jié)】通過這次設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)感覺受益匪淺，與以前的實(shí)驗(yàn)不同，以前的實(shí)驗(yàn)大多注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證性，都已經(jīng)給出了實(shí)驗(yàn)條件、目的、儀器、步驟，去做的時(shí)候，老師會(huì)先講述實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)過程中注意的事項(xiàng)，以及實(shí)驗(yàn)處理的方法。 這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更有挑戰(zhàn)性，它要求我們注重思考，發(fā)散思維，并能分析解決問題。自己要查好資料。在這次實(shí)驗(yàn)使我們的動(dòng)手能力再一步加強(qiáng)，同時(shí)也了解雙臂電橋測(cè)量微小電阻的原理，學(xué)會(huì)了用雙臂電橋測(cè)量電阻的方法。并了解到試驗(yàn)中在產(chǎn)生誤差的因素。 1. 產(chǎn)生誤差的一些因素： （1)無(wú)法確定檢流計(jì)完全平衡，從而造成誤差。(2)試驗(yàn)中銅棒為黃色，而純銅應(yīng)該為紫紅色，由此可以推斷實(shí)驗(yàn)所用的銅棒為銅鋅合 金 （也可能含有其它金屬），同時(shí)，由于在空氣中暴露，銅棒有部分被氧化，其次，在原理中對(duì) 結(jié)果采取了近似處理，還有檢流計(jì)的校準(zhǔn)也回帶來(lái)一定誤差。(3)