探究惠斯通電橋靈敏度的影響因素

1、探究惠斯通電橋靈敏度的影響因素實(shí)驗(yàn)者： 同組實(shí)驗(yàn)者： 指導(dǎo)教師：【摘要】用惠斯通電橋測(cè)電阻時(shí)，其精度主要取決于電橋的靈敏度。電橋的靈敏度越大，由電橋靈敏度引入的誤差越小。要提高測(cè)量電阻的精度，就應(yīng)該從電橋靈敏度的影響因素中入手。該實(shí)驗(yàn)基于此思想，通過調(diào)試改變?cè)囼?yàn)中的各相關(guān)數(shù)據(jù)和儀器，探究影響電橋靈敏度的幾個(gè)具體因素，從而設(shè)法找出提高電橋靈敏度的方法。【關(guān)鍵詞】惠斯通電橋 靈敏度 因素 【實(shí)驗(yàn)原理】惠斯通電橋的原理圖如右圖所示，其中、和組成了電橋的橋壁。當(dāng)滿足時(shí)，電橋處于平衡，使調(diào)節(jié)有一微小變化量，從而會(huì)引起檢流計(jì)指針有一微小偏轉(zhuǎn)。通常定義電橋的絕對(duì)靈敏度為 （1）電橋的相對(duì)靈敏度為： （2）

2、可以證明，改變?nèi)魏我粋€(gè)橋壁，其所得的電橋靈敏度都相同。由檢流計(jì)電流靈敏度的定義很容易導(dǎo)出： （3）其中，為檢流計(jì)的電流靈敏度，為改變橋壁一個(gè)微小變化量時(shí)，檢流計(jì)微小偏轉(zhuǎn)格相對(duì)應(yīng)的檢流計(jì)支路的不平衡電流。再利用基爾霍夫定理解得 （4）將（4）式帶入（2）式，可得： （5）由（2）式可知，如果檢流計(jì)的最小可辨偏轉(zhuǎn)量為（一般認(rèn)為格），則由電橋靈敏度引入的被測(cè)電阻值的相對(duì)不確定度為： （6）表明電橋的靈敏度越大，由電橋靈敏度引入的誤差越小?！菊{(diào)試方案設(shè)計(jì)】1、 儀器用品：直流穩(wěn)壓電源1個(gè)、檢流計(jì)1個(gè)、滑動(dòng)變阻器1個(gè)、萬用表1個(gè)、電阻箱5個(gè)、電鍵1個(gè)、連接線若干2、 調(diào)試方法步驟：2.1 按原理圖連接電

3、路，先使，設(shè)置橋臂比為，電源電壓在之間取值，滑動(dòng)變阻器取最大值。正確使用儀器，改變電源電動(dòng)勢(shì)，觀察改變電源電動(dòng)勢(shì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，將數(shù)據(jù)記錄于表一中。2.2 在2.1的基礎(chǔ)上，使電源電動(dòng)勢(shì)不變，對(duì)調(diào)電源與檢流計(jì)所接的位置，觀察比較對(duì)調(diào)前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化，將數(shù)據(jù)記錄于表二中。2.3 在2.1的基礎(chǔ)上，使電源電動(dòng)勢(shì)不變，改變的大小，觀察的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，將數(shù)據(jù)記錄于表三中。2.4 在2.1的基礎(chǔ)上，使電源電動(dòng)勢(shì)不變，改變的大小，觀察的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，將數(shù)據(jù)記錄于表四中。【實(shí)驗(yàn)測(cè)量】1、 探究電源電動(dòng)勢(shì)對(duì)電橋靈敏度的影響按調(diào)試方法2.1進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如下：表一 測(cè)量條件：檢流計(jì)電

4、流常數(shù)4*10-8a/格，橋臂比1:1電源電動(dòng)勢(shì)（v）r1（）r2（）r3（）r4（）r3（）n(格）5500500495.0495.01113500500495.1495.1121由表一數(shù)據(jù)得：當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)為時(shí)，當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)為時(shí)， 通過上表定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電橋靈敏度與電源電動(dòng)勢(shì)成正比。電源電動(dòng)勢(shì)越高，電橋的靈敏度就越高。但電源電壓不宜取太高，一般在，否則，若過大，測(cè)小電阻時(shí)，有可能橋壁的分流電流超過電阻箱的允許電流而使電阻箱損壞。2、探究檢流計(jì)和電源所接的位置關(guān)系對(duì)電橋靈敏度的影響按調(diào)試方法2.2進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如下：表二 測(cè)量條件：檢流計(jì)電流常數(shù)4*10-8a/格，橋臂比1:1，電源電

5、動(dòng)勢(shì)5vr1（）r2（）r3（）r4（）r3（）n(格）對(duì)調(diào)前500500495.0495.0111對(duì)調(diào)后500500495.6495.6121由表二數(shù)據(jù)得：對(duì)調(diào)前，對(duì)調(diào)后，通過上表定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電橋的靈敏度與電源和檢流計(jì)所接位置有關(guān)，且在可忽略不計(jì)的情況下，檢流計(jì)接在兩點(diǎn)相對(duì)接在 兩點(diǎn)的電橋靈敏度高。3、探究檢流計(jì)內(nèi)阻和之和對(duì)電橋靈敏度的影響通過改變來改變檢流計(jì)內(nèi)阻和之和，按調(diào)試方法2.3進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如下：表三 測(cè)量條件：檢流計(jì)電流常數(shù)4*10-9a/格，橋臂比1:1，電源電動(dòng)勢(shì)5vrg（）r1（）r2（）r3（）r4（）r3（）n(格）010001000998.1998.120.

6、11000010001000998.1998.140.12000010001000998.1998.150.1由表三數(shù)據(jù)得：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，通過上表定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電橋的靈敏度與檢流計(jì)的內(nèi)阻和之和成反比。越小，電橋靈敏度越高，反之則低。4、 探究電源內(nèi)阻 和串聯(lián)限流電阻之和對(duì)電橋靈敏度的影響通過改變來改變電源內(nèi)阻 和串聯(lián)限流電阻之和，按調(diào)試方法2.4進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如下：表四 測(cè)量條件：檢流計(jì)電流常數(shù)4*10-8a/格，橋臂比1:1，電源電動(dòng)勢(shì)5vre（）r1（）r2（）r3（）r4（）r3（）n(格）2510001000998.2998.210.15010001000998.2998.220.17510001000998.2998.230.1由表四數(shù)據(jù)得：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，通過上表定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電橋的靈敏度與電源的內(nèi)阻 和串聯(lián)限流電阻之和成反比。增加可以降低電橋的靈敏度，反之則增強(qiáng)?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，電源電動(dòng)勢(shì)、檢流計(jì)和電源所接的位置、檢流計(jì)的內(nèi)阻和之和、電源的內(nèi)阻 和串聯(lián)限流電阻之和，都會(huì)影響電橋的靈敏度。在誤差允許的范圍內(nèi)，用惠斯通電橋測(cè)電阻時(shí)，要想提高電橋的靈敏度，可以通過調(diào)試改變實(shí)驗(yàn)中的上述變量，從而減少由電橋靈敏度引入的誤差?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1主編 竺江峰，副主編 魯曉東 夏雪琴，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程m北京：中國水利水電出版社，201