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1、用直流雙臂電橋測低電阻實驗三用直流雙臂電橋測低電阻課程名稱開放物理實驗實驗項目用直流雙臂電橋測低電阻實驗內(nèi)容雙臂電橋原理測金屬導(dǎo)體的電阻測量金屬導(dǎo)體的電阻率實驗方式學(xué)生研究式獨立實驗為主，教師啟發(fā)式一對一指導(dǎo)為輔教學(xué)重點四端電阻的結(jié)構(gòu)特點雙臂電橋的原理教學(xué)難點雙臂電橋平衡的調(diào)整教學(xué)時數(shù)4學(xué)時授課對象二、三年級本科生學(xué)時分配2學(xué)時研究實驗原理、測量方法、實驗儀器2學(xué)時進(jìn)行實驗、處理數(shù)據(jù)、完成實驗報告參考資料1.《大學(xué)物理實驗》，北京工商大學(xué)物理教研室，機(jī)械工業(yè)出版社2.《普物實驗》，朱俊孔等，山東大學(xué)出
2、版社3.《大學(xué)實驗物理教程》，杜義林等，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社13用直流雙臂電橋測低電阻1實驗基本要求1.掌握用雙臂電橋測低電阻的原理。2.了解單臂電橋和雙臂電橋的關(guān)系與區(qū)別。3.掌握用自組、箱式雙臂電橋測金屬導(dǎo)體電阻的方法。4.測量金屬導(dǎo)體的電阻率。2儀器簡介序號名稱型號技術(shù)規(guī)格1直流雙臂電橋1臺QJ42?D?＝0.00022W2螺旋測微計1臺量程：0~25mm分度值：0.01mm3檢流計1臺AC5/3分度值：6.3′10-7A/div內(nèi)阻：<250W外臨界電阻：<3000W臨界阻尼時間：2.5s4
3、滑線變阻器J2354總阻值：220W額定電流：1.5A5直流多值電阻器4臺ZX21調(diào)整范圍：0~99999.9W參考功率：0.2W準(zhǔn)確度等級：0.1殘余電阻：<25±5mW6標(biāo)準(zhǔn)電阻2個0.001W、0.01W配件電鍵、導(dǎo)線，卷尺（）、四端接法待測低電阻（黃銅棒、鐵棒、粗銅導(dǎo)線）3.實驗原理用單臂電橋測電阻時，未考慮各橋臂之間的連線電阻和各接線端鈕的接觸電阻，這是因為被測電阻和各臂的電阻都比較大，導(dǎo)線電阻和接觸電阻（以下稱附加電阻）很小，對測量結(jié)果的影響可忽略不計。附加電阻約10－2W量級，在測低電阻
4、時就不能忽略了?？疾旖泳€電阻和接觸電阻對低值電阻測量結(jié)果的影響。圖1為測量電阻Rx的電路，考慮到電流表、毫伏表與測量電阻的接觸電阻后，等效電路如圖2所示。由于毫伏表內(nèi)阻Rg遠(yuǎn)大于接觸電阻Ri3和Ri4,所以由R＝V／I得到的電阻是（Rx+Ri1+Ri2）。當(dāng)待測電阻Rx很小時，不能忽略接觸電阻Ri1和Ri2對測量結(jié)果的影響。13用直流雙臂電橋測低電阻圖1測量電阻的電路圖圖2等效電路圖圖3四端接法電路圖圖4四端接法等效電路為消除接觸電阻的影響，接線方式改成四端鈕方式，如圖3所示。A、D為電流端鈕，B、C
5、為電壓端鈕，等效電路如圖4。此時毫伏表上測得電壓為Rx的電壓降，由Rx=V/I即可準(zhǔn)確計算出Rx。把四端接法的低電阻接入原單臂電橋，演變成圖5所示的雙臂電橋，等效電路如圖6所示。標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn電流頭接觸電阻為Rin1、Rin2，待測電阻Rx的電流頭接觸電阻為Rix1、Rix2，這些接觸電阻都連接到雙臂電橋電流測量回路中，只對總的工作電流I有影響，而對電橋的平衡無影響。將標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓頭接觸電阻為Rn1、Rn2和待測電阻Rx電壓頭接觸電阻為Rx1、Rx2分別連接到雙臂電橋電壓測量回路中，因為它們與較大電阻R
6、1、R2、R3、R4相串聯(lián)，對測量結(jié)果的影響也及其微小，這樣就減少了這部分接觸電阻和導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響。圖5雙臂電橋電路13用直流雙臂電橋測低電阻圖6雙臂電橋等效電路電橋平衡時，通過檢流計G電流Ig=0,C、D兩點等電位，根據(jù)基爾霍夫定律，有解方程組得（1）調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R4，使得R1/R2=R3/R4，則式（4.9-8）中第二項為零，待測電阻Rx和標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn的接觸電阻Rin1、Rix2均包括在低電阻導(dǎo)線Ri內(nèi)，則有（2)實際上很難做到R1/R2=R3/R4。為了減小式(1)中第二項的
7、影響，使用盡量粗的導(dǎo)線以減小Ri的值(Ri<0.001W)，使式(1)第二項盡量小。如果被測電阻是一段粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體,利用雙臂電橋精確測出其阻值Rx,然后測出其長度l和直徑d，利用下式可求得該金屬材料的電阻率。(3)4.儀器介紹QJ42型雙電橋面板示意圖參見:參考資料1.P91圖4.9-55.實驗內(nèi)容一、測金屬導(dǎo)體四端電阻和電阻率1.將被測電阻按四端接法接入QJ42型箱式直流雙臂電橋。2.測量金屬導(dǎo)體的電阻值。被測電阻RX＝倍率′讀數(shù)盤示值3.用螺旋測微計測圓柱形導(dǎo)體的直徑d，在不同地方測3次，取
8、平均值。4.用卷尺測量P1、P2間導(dǎo)體的長度l。5.利用式（3）計算待測電阻的電阻率。13用直流雙臂電橋測低電阻一、用自組雙臂電橋測量金屬導(dǎo)體的電阻（自己設(shè)計表格）參照圖6組裝一雙臂電橋。用四只電阻箱分別充作R1、R2、R3、R4，用一個數(shù)值合適的低值標(biāo)準(zhǔn)電阻作為Rn，它們與被測金屬棒Rx（銅棒、鋁棒或粗銅導(dǎo)線）一起構(gòu)成一只雙臂電橋。注意在電源支路中加入一限流電阻Rp，Rn和Rx都采用四端鈕接法：標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電流端鈕為較粗的兩接線柱，電壓端鈕為較細(xì)的兩接
