上海交大物理实验报告

姓 名：陈旒俐 同组姓名：无5D/心|II待测范阻!I-VV+V实验报告丄皆门力字班 级：F0903028学 号：5090309471 实验成绩： 实验日期：2010-5-10指导老师：助教60批阅日期：直流电桥与电阻测量【实验目的】1 .掌握惠斯登电桥测电阻的原理和方法。2. 掌握四端法测电阻的原理和方法。【实验原理】1、惠斯登电桥的工作原理如图所示,R,R,R和R称为“桥12x臂”。适当调节尽，鸟和丘的值， 使电压表的显示电压为零。称为“电 桥平衡”。电桥平衡时，可通过AB 和AD, BC和DC两端电压相等，AB 和BC,AD和DC两端电流相等，得到：R-y = - X R2、四端法的工作原理如图所示，电流I已知，测待测电阻两 端的电压，就得到待测电阻的阻值大小：四端法中，电流引线在电压引线之外， 数字电压表的输入阻抗很高，因此电流和电 压引线的接触电阻和引线电阻都可以忽略 不计。3、电阻率的测量电阻率 A1其中丨为电阻长度，d为电阻的直径。【实验数据记录、实验结果计算】1、利用惠斯登电桥测量待测电阻表一 惠斯登电桥测量电阻数据样品R (Q)R (Q)R/R1 2R(Q)R.(Q)R10,0001,0001013,284.0132,840R10010,0001/10089,690.0896.900RC110010,0001/1004,359.643.596RA:电阻箱的误差为10,000 x 0.1% + 3,000 x 0.1% + 200 x 0.1% + 80 x 0.1% + 4x1% + 0.02 = 13.34 Q精密电阻的相对误差 0.001=尺+ Ur2R2+ Ur2R13.342=J0.0012 + 0.0012 +(13840) = 0.17%u = 0.17% x 132840 = 226 QAR = 132840 226 Q . Au = 0.17%rA电阻箱的误差为80,000x0.1%+9,000x0.1%+600x0.1%+90x0.1%+0.02=89.71Q精密电阻的相对误差 0.001urB=尺+ Ur2R2+ Ur2RJ0.0012 + 0.0012 +/ 89.71、(89690.0)2= 0.17%u = 0.17% x 896.900 = 1.52 QBR =896.901.52Q. Bu = 0.17%rA电阻箱的误差为4,000x0.1%+300x0.1%+50x0.1%+9x1%+0.6x5%+0.02=4.49Q精密电阻的相对误差 0.001urC=何+ Ur2R2+Ur2R4.49J。0012 +.0012 + (4359.6)= 0.17%u = 0.17% x 43.596 = 0.07 QBR =43.600.07Q. Bu = 0.17%rA2、利用四端法测量低值电阻表二 四端法测量电阻数据编号l(mA)S-1 U(mV)S-2 U(mV)S-3 U(mV)16.170.270.130.61212.090.530.241.21319.110.830.391.90425.101.090.522.50530.231.330.623.01636.951.620.763.69742.901.880.874.28849.052.161.014.89954.812.401.125.471060.422.661.236.021167.012.951.376.691272.573.191.497.241378.753.461.527.851485.553.761.758.541591.254.021.869.11根据上述表格数据，得到图像如下：电流mAnEflsTh一 1伏安恃性曲线:陈毓俐:5090309471:F0903028:2010-5-10名另级期 姓学班日y = a. + bx4 999 汕ValtLeStandard E rrorIhLereept0一Slope0,0439图一 S-1 的伏安特性曲线及线性拟合拟合直线 U = 0.0439 * I电阻 RS-1= 0.0439 Q2-DO1 .801,601 .201 .000 -50D . GO0.00 -200.000 . DO20.000.0060.00SO. 00原始数据一 2伏安特性咄线:陈毓俐:5090309471:F09O3O23:2010-5-10名号级期 姓学班Equationy - a tAdj R-BquValueStandard EBIntercept0-bBSlope002021.O-S9-99E-2. G01, aoI, 601,加l . 201 . )0 0 . 3 0 Q . 60 灯-4。 0 - 20 0, 000,0020.0040.0060,00SO.00100.00电流I/mA图二S-2的伏安特性曲线及线性拟合拟合直线 U = 0.0202 * I电阻 RS-2 = 0.0202 QiwnlgTI-10-00B.OD6.00A .002-000.0DC . DO20.003伏安特性僧线 姓名；陈旎俐 学号： 班级： 臼期：5090309471F090302S2010-5-10原始数据 线性拟合EquationAdj + R-Sq nar-ey - a + bL*xVaLueStandard ErrorBIntercep00日丄op巳ED阳7 . X J 1 1 4 r0,0020.00J10.0060,0 0SO.00100.00电流I/mA图三S-3的伏安特性曲线及线性拟合 拟合直线 U = 0.0998 * I 电阻 RS-3= 0.0998 Q3、求出各待测电阻材料的电阻率由2中所测得结果及公式p =nd2R，我们得到下表4l样品R(Q)d(mm)l(mm)p (*10-7 Qm)S-10.04390.50614.206.22S-20.02020.51014.202.91S-30.09980.45214.2011.3【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】在本试验中，可能存在的误差主要有如下几方面：1、在惠斯登电桥法中，由于需要令电桥的输出电压为 0，然而当调节电阻箱阻 值较小的电阻盘时，输出电压的改变量微乎其微甚至无法在万用表上看出读 数的变化。这个偏差在误差计算中，个位相对误差为1%，0.1 位为 5%，虽有 修正，但不可能完全弥补。2、在四端法测量中，万用表的示数会波动，使读数不够准确，我采用了取中间 大小示数的方法。3、在两种方法的电路连接中，一个不能忽略的误差来源就是导线所带来的电阻。 特别是用四端法测量时，由于待测电阻阻值较小，导线的电阻将会较大地影 响结果。为了减小这里的误差，我们采取了优化电路图的做法，通过尽量减 小电路中所用到的导线总长度，来达到控制误差的目的。4、由于温度及其他条件影响，各元件本身可能存在误差，比如电阻。【思考题解答】1、如何适当选择 R1 和 R2 的比值？答：先用万用表粗略测量一下待测电阻的阻值，由Rx = R1,根据待测电阻R R2阻值数量级与变阻箱使有效位数尽量多的阻值的比率确定R1和R2的比值。 在测量过程中，如果电阻箱有效位数的旋钮都选到最小仍不能使电桥平衡 说明瓦过小，应增大R1和R2的比率后在进行测量；如果只有后几个有效 R位旋钮达到了平衡，为使变阻箱有效位尽量多以减小误差，应增大R，减小瓦，即减小R1和R2的比率。R2、在自搭电桥测量电阻时，如何提高测量精度？ 答：测量时，应注意观察万用表示数，用最低电压档来控制电桥平衡点。 测量前可先用万用表大致测出电阻阻值的数量级，并照此选择 R1，R2， 使变阻箱有效位尽量多。3、用自搭电桥测电阻时，测量的最多有效数字取决于什么？阻值的数值特性 在什么范围，可多一位有效数字？答：将电阻计算公式变形可得R = R2Rx而陛的比值可以取0.01、0.1、1、R1R110、100 5种。因此有效位数取决于所测阻值，当阻值在 999.999到 9999990 欧时可以多取一位有效数字。4、通过实验现象，分析说明为什么数字电压表的高输入阻抗，可消除电压引 线极接触电阻和引线电阻对测量的影响？ 接触电阻和引线电阻可看成在理想导线中串联一电阻，而实验时，在电路 中串联10kQ的电阻，电表示数不变，显然接触电阻和引线电阻值远小于 10kQ，当然可以消除。【心得体会】通过这次试验，我掌握了惠斯登电桥测量电阻的原理和方法以及四端法测量 低值电阻的原理和方法。本次实验操作较为简单，进行的很顺利。操作还是有一 些技巧的，可大大简化操作，比如在自搭电桥试验中，先粗略测量阻值，然后选 择R1/R2值，可很快开始电阻箱的调节，而调电阻箱时，电压变向，即可调节 下一档小阻值的旋钮，而电压表也应沿某一方向趋近于0。若电阻箱大阻值旋钮 闲置，则应改变R1/R2的值。实验处理数据时，有一次计算了不确定度，利用了误差传递公式，我对这种 计算又一次熟悉了。处理四端法数据时，借助了 origin软件的拟合功能，从而省 略了自己用最小二乘法的繁琐计算。但也因为有origin，我很少自己用最小二乘 法处理数据，感觉自己的计算能力和耐心退化的非常厉害。高科技带来的方便快 捷不知是福是祸。感谢助教老师的指点和帮助！