大学物理实验——电桥及电桥在测量中的应用单双桥

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1、电桥及电桥在测量中的应用物理实验中心1.掌握惠斯登电桥、开尔文电桥的原理和它们的不同特点2.学习利用自组惠斯登电桥测量中值电阻3.学习利用箱式惠斯登电桥测量中值电阻4.学习利用开尔文电桥测量低值电阻5.学习桥式电路的误差分析6.学习交换法减小误差的原理7.学习利用最小二乘法处理数据实验目的一、概述二、利用单臂电桥进行测量三、利用双臂电桥进行测量四、电桥应用目录一、概述早在1833年就有人提出基本的电桥网络，但是一直未引起注意，直到1843年惠斯登才加以应用，后人称之为惠斯登电桥。惠斯登电桥是最基本的直流电桥，主要由比例臂、比较臂、检流计等构成。测量时将被测量与已知量

2、进行比较而得到测量结果。开尔文电桥又称双臂电桥，它是在惠斯登电桥的基础上发展起来的，它可以减小附加电阻对测量的影响，因此常用来测量低值电阻。返回二、利用单臂电桥进行测量1、单臂电桥的工作原理2、单臂电桥的实验内容3、单臂电桥的实验线路及仪器介绍4、单臂电桥的实验误差及减小误差的办法5、仪器使用和测量注意事项1、单臂电桥的工作原理惠斯登电桥又称单臂电桥，是用比较法测量电阻的仪器。主要由比例臂、比较臂、检流计三部分构成。测量时将被测量与已知量进行比较而得到测量结果，因而测量精度高。由于它的测量方法十分巧妙，使用方便，所以应用十分广泛。单臂电桥的测量范围：DB当D、B间的

3、电位相等时，检流计G无电流流过，各电阻间有如下关系：单臂电桥工作原理图比例臂比较臂返回2、单臂电桥的实验内容（1）、自搭惠斯登电桥测量未知电阻（2）、利用交换法进行未知电阻的测量（3）、直接利用箱式惠斯登电桥测量未知电阻，并确定电桥的灵敏度返回DB电阻箱电池盒滑线变阻器检流计电阻箱电阻箱3、单臂电桥的实验线路及仪器介绍箱式惠斯登电桥返回（1）、电阻箱本身的误差4、单臂电桥的实验误差及减小误差的办法（2）、桥路灵敏度带入的测量误差单臂电桥的测量误差主要来自以下两个方面：电阻箱的误差由下式近似给出：这部分误差主要来自于电阻箱上6个电阻盘之间的接触误差,且电阻越小,则误差

4、越大。（1）、电阻箱的误差（2）、桥路灵敏度带入的测量误差电桥灵敏度的定义为：将上式改写为：下一页检流计灵敏度由厂家给出，而桥路的灵敏度则为：即灵敏度可以表示为检流计灵敏度和桥路灵敏度的乘积：下一页（1）、选择合适的桥臂电阻综上所述，可以给出如下结论：桥臂电阻太小，会增加电阻箱本身误差引入的测量误差，同时不能满足测量结果所需的有效位数。桥臂电阻太大，则测量的灵敏度将大大下降。本实验的选择的原则:在满足测量有效位数的前提下尽可能取小。减小测量误差的方法（2）、利用交换法进行测量交换前有：它的不确定度为：下一页交换后有：此时的不确定度为：可见交换法可以有效的减小误差将交

5、换前后两式相乘有：返回（1）、AC-5型灵敏检流计5、仪器使用和测量注意事项（2）、箱式惠斯登电桥电桥（3）、测量中应注意的问题①检流计平衡指示调零时，指针锁动钮必须处于开启状态，使用结束后应置于关闭状态②滑线变阻器R的作用是改变桥路的灵敏度（即改变E）。在测量读数时R=0此时灵敏度最高。（3）、测量中应注意的问题返回三、利用双臂电桥进行测量1、双臂电桥的工作原理2、实验仪器介绍3、实验内容4、最小二乘法简介及数据处理要求1、双臂电桥的工作原理双臂电桥也称凯尔文电桥，它是在惠斯登电桥的基础上发展起来的，它使用了四端钮电阻，可以消除附加电阻对测量结果的影响，双臂电桥一

6、般用来测量1以下的低值电阻。双臂电桥是如何消除附加电阻对测量结果的影响的呢？四端钮电阻四端钮电阻如何将附加电阻和转移出双臂电桥的原理图实际的双臂电桥利用BD两端电位相等的条件有：则有凯尔文电桥的平衡公式：若满足：为了保证这一条件永远满足实际的电桥中，此部分做成了一种特殊的结构，将采用所谓的双十进电阻箱。在这种电阻箱里，转轴在任一位置都保持。和可用两个电阻箱将将其调到两相等的定值。返回2、实验仪器介绍（1）、QJ44型双臂电桥本实验使用了两种仪器：（2）、DHSR四端电阻器返回3、实验内容（1）、用QJ44型双电桥测量给定金属棒的阻值求出金属棒的电阻率，及不确定度，并

7、对结果进行讨论。（2）、利用图示法或最小二乘法处理测量测量数据。利用公式：返回4、最小二乘法简介及数据处理要求（1）、什么是最小二乘法本实验所使用的最小二乘法实际上是一元线性回归问题。以直线方程为例，如果确定了斜率和截距实际上也就确定了直线。所以一元线性回归（线性拟合）就是通过实验数据确定斜率和截距的过程。最小二乘法认为：若最佳拟合的直线为，则所测各值与拟合直线上各相应点之间偏离的平方和最小，即：（2）、如何用最小二乘法求出直线的斜率和截距通常直线方程可以写成如下的形式：我们的问题是如何通过实验数据求出斜率b和截距a。假定我们对和进行了次测量，即如果测量没有误差