上海交大物理實驗報告.docx

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實 驗 報 告姓 名：陳旒俐 班 級：F0903028學(xué) 號：5090309471實驗成績：同組姓名：無實驗日期：2010-5-10指導(dǎo)老師：助教60批閱日期：直流電橋與電阻測量【實驗?zāi)康摹?掌握惠斯登電橋測電阻的原理和方法。2掌握四端法測電阻的原理和方法。【實驗原理】1、惠斯登電橋的工作原理如圖所示, R1,R2,R和Rx稱為“橋臂”。適當(dāng)調(diào)節(jié),和的值，使電壓表的顯示電壓為零。稱為“電橋平衡”。電橋平衡時，可通過AB和AD，BC和DC兩端電壓相等，AB和BC，AD和DC兩端電流相等，得到：2、四端法的工作原理如圖所示，電流I已知，測待測電阻兩端的電壓，就得到待測電阻的阻值大?。核亩朔ㄖ?，電流引線在電壓引線之外，數(shù)字電壓表的輸入阻抗很高，因此電流和電壓引線的接觸電阻和引線電阻都可以忽略不計。3、電阻率的測量電阻率 其中l(wèi)為電阻長度，d為電阻的直徑。【實驗數(shù)據(jù)記錄、實驗結(jié)果計算】1、利用惠斯登電橋測量待測電阻表一 惠斯登電橋測量電阻數(shù)據(jù)樣品R1()R2()R1/R2R()Rx()RA10,0001,0001013,284.0132,840RB10010,0001/10089,690.0896.900RC10010,0001/1004,359.643.596RA:電阻箱的誤差為10,0000.1%+3,0000.1%+2000.1%+800.1%+41%+0.02=13.34 精密電阻的相對誤差 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:電阻箱的誤差為80,0000.1%+9,0000.1%+6000.1%+900.1%+0.02=89.71 精密電阻的相對誤差 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:電阻箱的誤差為4,0000.1%+3000.1%+500.1%+91%+0.65%+0.02=4.49 精密電阻的相對誤差 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、利用四端法測量低值電阻表二 四端法測量電阻數(shù)據(jù)編號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根據(jù)上述表格數(shù)據(jù)，得到圖像如下：圖一 S-1的伏安特性曲線及線性擬合擬合直線U = 0.0439 * I電阻 RS-1 = 0.0439 圖二 S-2的伏安特性曲線及線性擬合擬合直線 U = 0.0202 * I電阻 RS-2 = 0.0202 圖三 S-3的伏安特性曲線及線性擬合擬合直線 U = 0.0998 * I電阻 RS-3 = 0.0998 3、求出各待測電阻材料的電阻率由2中所測得結(jié)果及公式=d24lR,我們得到下表樣品R()d(mm)l(mm)(*10-7 m)S-10.04390.50614.206.22S-20.02020.51014.202.91S-30.09980.45214.2011.3【對實驗結(jié)果中的現(xiàn)象或問題進行分析、討論】在本試驗中，可能存在的誤差主要有如下幾方面：1、 在惠斯登電橋法中，由于需要令電橋的輸出電壓為0，然而當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱阻值較小的電阻盤時，輸出電壓的改變量微乎其微甚至無法在萬用表上看出讀數(shù)的變化。這個偏差在誤差計算中，個位相對誤差為1%，0.1位為5%，雖有修正，但不可能完全彌補。2、 在四端法測量中，萬用表的示數(shù)會波動，使讀數(shù)不夠準確，我采用了取中間大小示數(shù)的方法。3、 在兩種方法的電路連接中，一個不能忽略的誤差來源就是導(dǎo)線所帶來的電阻。特別是用四端法測量時，由于待測電阻阻值較小，導(dǎo)線的電阻將會較大地影響結(jié)果。為了減小這里的誤差，我們采取了優(yōu)化電路圖的做法，通過盡量減小電路中所用到的導(dǎo)線總長度，來達到控制誤差的目的。4、 由于溫度及其他條件影響，各元件本身可能存在誤差，比如電阻?！舅伎碱}解答】1、 如何適當(dāng)選擇R1和R2的比值？答：先用萬用表粗略測量一下待測電阻的阻值，由RxR=R1R2,根據(jù)待測電阻阻值數(shù)量級與變阻箱使有效位數(shù)盡量多的阻值的比率確定R1和R2的比值。在測量過程中，如果電阻箱有效位數(shù)的旋鈕都選到最小仍不能使電橋平衡，說明RxR過小，應(yīng)增大R1和R2的比率后在進行測量；如果只有后幾個有效位旋鈕達到了平衡，為使變阻箱有效位盡量多以減小誤差，應(yīng)增大R，減小RxR，即減小R1和R2的比率。2、 在自搭電橋測量電阻時，如何提高測量精度？答：測量時，應(yīng)注意觀察萬用表示數(shù)，用最低電壓檔來控制電橋平衡點。測量前可先用萬用表大致測出電阻阻值的數(shù)量級，并照此選擇R1，R2，使變阻箱有效位盡量多。3、 用自搭電橋測電阻時，測量的最多有效數(shù)字取決于什么？阻值的數(shù)值特性在什么范圍，可多一位有效數(shù)字？答：將電阻計算公式變形可得R=R2R1Rx,而R2R1的比值可以取0.01、0.1、1、10、100 5種。因此有效位數(shù)取決于所測阻值，當(dāng)阻值在999.999到9999990歐時可以多取一位有效數(shù)字。4、 通過實驗現(xiàn)象，分析說明為什么數(shù)字電壓表的高輸入阻抗，可消除電壓引線極接觸電阻和引線電阻對測量的影響？接觸電阻和引線電阻可看成在理想導(dǎo)線中串聯(lián)一電阻，而實驗時，在電路中串聯(lián)10k的電阻，電表示數(shù)不變，顯然接觸電阻和引線電阻值遠小于10k，當(dāng)然可以消除。【心得體會】通過這次試驗，我掌握了惠斯登電橋測量電阻的原理和方法以及四端法測量低值電阻的原理和方法。本次實驗操作較為簡單，進行的很順利。操作還是有一些技巧的，可大大簡化操作，比如在自搭電橋試驗中，先粗略測量阻值，然后選擇R1/R2值，可很快開始電阻箱的調(diào)節(jié)，而調(diào)電阻箱時，電壓變向，即可調(diào)節(jié)下一檔小阻值的旋鈕，而電壓表也應(yīng)沿某一方向趨近于0。若電阻箱大阻值旋鈕閑置，則應(yīng)改變R1/R2的值。實驗處理數(shù)據(jù)時，有一次計算了不確定度，利用了誤差傳遞公式，我對這種計算又一次熟悉了。處理四端法數(shù)據(jù)時，借助了origin軟件的擬合功能，從而省略了自己用最小二乘法的繁瑣計算。但也因為有origin，我很少自己用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，感覺自己的計算能力和耐心退化的非常厲害。高科技帶來的方便快捷不知是福是禍。感謝助教老師的指點和幫助！6