上海交大物理实验报告.docx

实 验 报 告姓 名：陈旒俐 班 级：F0903028学 号：5090309471实验成绩：同组姓名：无实验日期：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, R1,R2,R和Rx称为“桥臂”。适当调节,和的值，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：2、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 其中l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R1()R2()R1/R2R()Rx()RA10,0001,0001013,284.0132,840RB10010,0001/10089,690.0896.900RC10010,0001/1004,359.643.596RA:电阻箱的误差为10,0000.1%+3,0000.1%+2000.1%+800.1%+41%+0.02=13.34 精密电阻的相对误差 0.001urA=UrR12+UrR22+UrR2 =0.0012+0.0012+(13.3413284.0）2=0.17%uA=0.17%132840=226 RA=132840226 urA=0.17% RB:电阻箱的误差为80,0000.1%+9,0000.1%+6000.1%+900.1%+0.02=89.71 精密电阻的相对误差 0.001urB=UrR12+UrR22+UrR2 =0.0012+0.0012+(89.7189690.0）2=0.17%uB=0.17%896.900=1.52 RB=896.901.52 urA=0.17% RC:电阻箱的误差为4,0000.1%+3000.1%+500.1%+91%+0.65%+0.02=4.49 精密电阻的相对误差 0.001urC=UrR12+UrR22+UrR2 =0.0012+0.0012+(4.494359.6）2=0.17%uB=0.17%43.596=0.07 RB=43.600.07 urA=0.17% 2、利用四端法测量低值电阻表二 四端法测量电阻数据编号I(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：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 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 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 3、求出各待测电阻材料的电阻率由2中所测得结果及公式=d24lR,我们得到下表样品R()d(mm)l(mm)(*10-7 m)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RxR=R1R2,根据待测电阻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RxR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RxR，即减小R1和R2的比率。2、 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=R2R1Rx,而R2R1的比值可以取0.01、0.1、1、10、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10k的电阻，电表示数不变，显然接触电阻和引线电阻值远小于10k，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！6