探究惠斯通电桥灵敏度的影响因素Word文件下载.doc
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当满足时,电桥处于平衡,使调节有一微小变化量,从而会引起检流计指针有一微小偏转。
通常定义电桥的绝对灵敏度为
(1)
电桥的相对灵敏度为:
(2)
可以证明,改变任何一个桥壁,其所得的电桥灵敏度都相同。
由检流计电流灵敏度的定义很容易导出:
(3)
其中,为检流计的电流灵敏度,为改变桥壁一个微小变化量时,检流计微小偏转格相对应的检流计支路的不平衡电流。
再利用基尔霍夫定理解得
(4)
将(4)式带入
(2)式,可得:
(5)
由
(2)式可知,如果检流计的最小可辨偏转量为(一般认为格),则由电桥灵敏度引入的被测电阻值的相对不确定度为:
(6)
表明电桥的灵敏度越大,由电桥灵敏度引入的误差越小。
【调试方案设计】
1、仪器用品:
直流稳压电源1个、检流计1个、滑动变阻器1个、万用表1个、电阻箱5个、电键1个、连接线若干
2、调试方法步骤:
2.1按原理图连接电路,先使,设置桥臂比为,电源电压在之间取值,滑动变阻器取最大值。
正确使用仪器,改变电源电动势,观察改变电源电动势对实验数据的影响,将数据记录于表一中。
2.2在2.1的基础上,使电源电动势不变,对调电源与检流计所接的位置,观察比较对调前后实验数据的变化,将数据记录于表二中。
2.3在2.1的基础上,使电源电动势不变,改变的大小,观察的大小对实验数据的影响,将数据记录于表三中。
2.4在2.1的基础上,使电源电动势不变,改变的大小,观察的大小对实验数据的影响,将数据记录于表四中。
【实验测量】
1、探究电源电动势对电桥灵敏度的影响
按调试方法2.1进行测量,测量数据记录如下:
表一测量条件:
检流计电流常数4*10-8A/格,桥臂比1:
1
电源电动势(V)
R1(Ω)
R2(Ω)
R3(Ω)
R4(Ω)
△R3(Ω)
n(格)
5
500
495.0
11
3
495.1
12
由表一数据得:
当电源电动势为时,
当电源电动势为时,
通过上表定量计算发现,电桥灵敏度与电源电动势成正比。
电源电动势越高,电桥的灵敏度就越高。
但电源电压不宜取太高,一般在,否则,若过大,测小电阻时,有可能桥壁的分流电流超过电阻箱的允许电流而使电阻箱损坏。
2、探究检流计和电源所接的位置关系对电桥灵敏度的影响
按调试方法2.2进行测量,测量数据记录如下:
表二测量条件:
1,电源电动势5V
对调前
对调后
495.6
由表二数据得:
对调前,
对调后,
通过上表定量计算发现,电桥的灵敏度与电源和检流计所接位置有关,且在可忽略不计的情况下,检流计接在两点相对接在两点的电桥灵敏度高。
3、探究检流计内阻和之和对电桥灵敏度的影响
通过改变来改变检流计内阻和之和,按调试方法2.3进行测量,测量数据记录如下:
表三测量条件:
检流计电流常数4*10-9A/格,桥臂比1:
RG(Ω)
1000
998.1
2
0.1
10000
4
20000
由表三数据得:
当时,
通过上表定量计算发现,电桥的灵敏度与检流计的内阻和之和成反比。
越小,电桥灵敏度越高,反之则低。
4、探究电源内阻和串联限流电阻之和对电桥灵敏度的影响
通过改变来改变电源内阻和串联限流电阻之和,按调试方法2.4进行测量,测量数据记录如下:
表四测量条件:
RE(Ω)
25
998.2
50
75
由表四数据得:
通过上表定量计算发现,电桥的灵敏度与电源的内阻和串联限流电阻之和成反比。
增加可以降低电桥的灵敏度,反之则增强。
【实验结论】
由实验数据表明,电源电动势、检流计和电源所接的位置、检流计的内阻和之和、电源的内阻和串联限流电阻之和,都会影响电桥的灵敏度。
在误差允许的范围内,用惠斯通电桥测电阻时,要想提高电桥的灵敏度,可以通过调试改变实验中的上述变量,从而减少由电桥灵敏度引入的误差。
【参考文献】
[1]主编竺江峰,副主编鲁晓东夏雪琴,大学物理实验教程[M]北京:
中国水利水电出版社,2011(9).
[2]李丽霞,张秀,惠斯通电桥灵敏度的探讨[J],孝感学院学报,2004(6).
[3]朱鹤年,物理实验研究[M」.北京:
清华大学出版社,1994.
[4]陈毓斌,惠斯通电桥测电阻的误差分析,技术物理教学2004(01).
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