高中物理競賽全套教程講座之二：2.5 電橋電路,補(bǔ)償電路和電勢差計

1、2.5、電橋電路,補(bǔ)償電路和電勢差計2.5.1、 惠斯通電橋用歐姆表測量電阻雖然方便,但不夠精確,而用伏安法測電阻,電表所引起的誤差又難以消除,精確地測量電阻,常用惠斯通電橋。 圖2-5-1是惠斯通電橋的電路圖,當(dāng)B 、D 兩點(diǎn)的電勢相等時,通過檢流計的電流強(qiáng)度0=g I ,此時就稱電橋平衡(可通過調(diào)節(jié)滑動觸頭D 的位置來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)串聯(lián)電路中電阻與電壓成正比的原理,可知此時應(yīng)有021:R R R R x =一般來講,1R 和2R 由同一均勻電阻絲組成,其阻值與長度成正比,待測電阻的計算公式為21021R L L R R R R x =測出電阻絲長度1L 和2L 之比,再由標(biāo)準(zhǔn)電阻0R 的阻值即

2、可確定待測電阻x R 的阻值。備注:操作方法見實(shí)驗部分。2.5.2、 電勢差計精確地測量電源電動勢常采用電勢差計。電勢差計是根據(jù)補(bǔ)償原理來設(shè)計的,補(bǔ)償法的原理可用圖2-5-2所示來說明。 通常情況下,用測量儀器對電源進(jìn)行測量時,總有電流通過電源,因而造成測量誤差。用圖2-5-3所示的電路進(jìn)行測量時,可以使待測電源中的電流為零。圖中工作電源與粗細(xì)均勻的電阻線A 、B 相連。適當(dāng)調(diào)節(jié)C 的位置,當(dāng)電阻線在A 、C14R R 圖2-5-1BA圖2-5-2段的電勢降剛好與待測電源的電動勢E x 相等時,靈敏電流計G 內(nèi)沒有電流通過,待測電源中的電流也為零。這時,稱待測電路得到了補(bǔ)償。 若先對一 個標(biāo)準(zhǔn)

3、電池實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償,就可以對電路進(jìn)行定標(biāo)(測得A 、C 間單位長度相當(dāng)多少伏電壓,然后對某個待測電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償,即可精確地測定這個電壓值。用這種方法既可以測量電源電動勢,還可以測量某段電路兩端電壓。若再借助于比較法,還可測量電阻值。這種測量方法稱為補(bǔ)償法?；€式電勢差計的電路如圖2-5-4所示。它由三部分組成:工作電源E 、開關(guān)1K 和變阻器1R 組成“工作電路”;標(biāo)準(zhǔn)電池0、靈敏電流計G 和保護(hù)電阻2R 組成“標(biāo)準(zhǔn)電路”;待測電源x 、開關(guān)3K 、電阻箱3R 、靈敏電流計G 和保護(hù)電阻2R 組成“測量電路”,三部分之間接有轉(zhuǎn)換開關(guān)2K 和由粗細(xì)均勻的電阻線AB 和滑動觸頭C 。任何電勢差計,無論結(jié)構(gòu)

4、多么復(fù)雜,都有以上三部分。測量前,應(yīng)先對電勢差計進(jìn)行校準(zhǔn),回路中的工作電源電壓可取34V 間某個值。調(diào)節(jié)變阻器1R 使工作電路中的電流達(dá)到規(guī)定值。再將轉(zhuǎn)換開關(guān)2K 接標(biāo)準(zhǔn)電池,調(diào)節(jié)滑動觸頭C ,并逐步減小保護(hù)電阻2R ,直至2R 等于零時,接通靈敏電流計G ,表中也有沒電流通過。這時“標(biāo)準(zhǔn)回路”就達(dá)到了平衡,記下此時電阻線上1AC 段長度1l 。然后,將2R 調(diào)至最大,將轉(zhuǎn)換開關(guān)2K 接待測電源,并斷開開關(guān)3K 。按以上方法再調(diào)節(jié)“測量電路”使其達(dá)到平衡,并記下此時觸頭位置所對應(yīng)的電阻線上2AC 的長度2l 。在調(diào)節(jié)過程中,1R 的位置不能動,以保護(hù)工作電流不變。此時,由于電阻線的粗細(xì)均勻,故有S L I SL x /210=即12L L x =如果要測量待測電源的內(nèi)阻r ,可以合上3K ,用以上方法測得待測電源的路端電壓13L L U x =再根據(jù)公式+=+=31R r U Ir U x x x 讀出電阻箱的阻值3R ,即可求出電源內(nèi)阻為 -=13x x U R r 利用電勢差計還可以借助于比較法測電阻,測量方法如圖2-5-5所示,圖中R 為標(biāo)準(zhǔn)電阻,x R 為待測電阻,先用電勢差計測出x R 兩端的電壓x U ,再用同樣