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大学物理创新试验

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大 学 物 理 创 新 性 实 验

课程名称 大学物理创新性试验 实验项目 双臂电桥测金属丝电阻率 辅导教师 专业班级 双臂电桥测金属丝电阻率 交通大学土木建筑学院 400074 摘要： 电阻率是表征导体材料性质的一个重要物理量，电阻的测量方法很多，电桥是其常用方法之一。双臂电桥简称双电桥，又名开尔文电桥，它是惠斯登电桥的改进和发展，它可以消除（或减小）附加电阻对测量的影响，因此是测量1Ω以下低电阻的主要仪器。

关键词：双臂电桥 导线电阻 接触电阻 桥臂电阻 四端引线

1. 实验设计思路 2.1实验原理： 测量电阻常用多用电表，但其测量误差较大。如果要对电阻进行精密测量，可用各种电桥。通常单臂惠斯登电桥的测量准确度可达0.5%（电阻值测量围为10～106Ω）。但在测量

低值电阻时（1Ω以下的电阻），由于导线电阻和连接点的接触电阻（数量级为102～104Ω）的存在，惠斯登电桥的测量误差将显著增大，甚至根本无法测量。因此单臂电桥不适宜测定低电阻。必须在测量线路上采取措施，避免接触电阻和导线电阻对低电阻测量的影响。 为了消除导线电阻和接触电阻的影响，我们采用四端钮接法（如图1），并在单电桥的基础上增加两个桥臂电阻

R3、R4，这就构成了双电桥。 一．双臂电桥结构图 双电桥实验板的结构如图3所示。

图1

Rx

'r2r2r21r1r1r'b)四端钮接法

a)两端钮接法

CPR40.11BR3N10MG图31R0.12QDK10R1

AA

R 其中A、B、C和D接点是用铜块块制成，且在每一个上面都有一个用来紧密固定的大螺丝，B和C接点间用较粗的U形铜棒连接。P和Q是两个弹簧片，起固定Rx的作用。标尺用螺丝固定在铜棒的前面，这样可在尺上直接读出MN的长度。铜棒AB镀了防腐蚀材料。M是一用胶木和接触弹簧片组成的滑块，且固定在粗的金属棒上。除BC间的接线在板的上面，其他连接均在板下，均用粗铜线。电阻间的接线柱有板上部分和板下部分，板上是旋钮接线柱，板下是由螺丝固定的垫圈和焊片。左边电阻配法是按顺时针方向依次为100Ω、450Ω、450Ω、100Ω；右边相同。 配阻计算如下： 由于电阻对称的分布，可只设左边阻值依次为x1、x2、x3、x4按设计要求，列方程

10/)(1)/()(1.0)/(432143214321xxxxxxxxxxxx 用矩阵解线性方程组的方法解出通解，得到x1：x2：x3：x4=2：9：9：2 于是考虑现有电阻和对实验准确度的影响，精挑细选100Ω、20Ω和430Ω三种规格的电阻。 二．双臂电桥的工作原理 双电桥的原理电路图如图2所示。它有两大特点：（1）待测电阻Rx和比较臂电阻R0都是采用四端钮接法接入电路。三根电流端引线附加电阻分别为r1、r2、r3。其中r1为

包括导线电阻、C1和C'1两点处的接触电阻、以及C'1P'1之间电阻的总和。r2和r3也是类似情况。另外四根电压端引线的附加电阻分别为r'1、r'2、r'3和r'4，它们都包含导线电阻和接触电阻。 （2）在电路中增加了R3和R4；两个电阻，即多了一组桥臂，所以称为双臂电桥，简称为双电桥。 适当调节电阻R1、R2、R3、R4和R0，使检流计G没有电流通过，电桥达到平衡。此时流过电阻R1和R2、R3和R4，以及Rx和R0的电流分别相等，设分别为I1、I3和I。当双电桥平衡时，S和T两点的电位相等，下述关系式成立，即

33'2311'11RIrIIRRIrIx （1）

0'3343'4121IRrIRIrIRI （2）

为了使附加电阻r'1、r'2、r'3和r'4的影响可以忽略不计，在双电桥电路中要求桥臂电阻R1、R2、R3和R4足够大，即R1〉〉r'1、R2〉〉r'2、R3〉〉r'3和R4〉〉r'4；同时C'2和M'的联接采用一条粗导线，使得附加电阻r2很小，以满足I〉〉I1和I〉〉I3的条件。于是，式（1）和（2）可简化为

3311RIRIIRx （3）

43210RIRIIR （4）

rC11r图2P1'1'CI'1xRP2''2CEI32'r2r1I1RTR34RGSKR3'r0r3

4'r

R2 以上两式相除得 )()(24312133110RRIIRRRIIRRRx （5）

在双电桥设计时，设法使四个桥臂电阻满足下面的关系式，即 4231RRRR 则式（5）可以简化，从而得到双电桥的平衡条件为 210//RRRRx

或

043021RRRRRRRx （6） 式中R1/R2（或R3/R4）称为电桥桥臂比（或称为倍率）。由式（6）可知，待测电阻Rx等于桥臂比与比较臂电阻R0的乘积。 综上所述，双电桥能够消除或减小附加电阻对测量低电阻的影响，其主要原因是： （1）Rx和 R0都采用了四端钮接法，它转移了附加电阻（包括导线电阻与接触电阻）的相对位置，使得附加电阻不再与低电阻Rx和R0相串联，将附加电阻 r1和r3转移到电源回路中去，消除了它们对测量的影响。 （2）桥臂电阻分别比相应的附加电阻大得多，从而可以将附加电阻忽略不计。 （3） Rx和R0采用足够粗的导线联接，使得附加电阻 r2（又称跨线电阻）很小；又由于

四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4比 Rx、R0要大得多，于是，当双电桥平衡时，桥臂电流I1

和I3必然比流过Rx和R0 的电流I 小得多，这样，附加电阻r'1、r'2、r'3和r'4的电压

降与四个桥臂电阻以及 Rx、R0上的电压降相比小得多，因而可以忽略不计。 三．双臂电桥测量电阻 1．四端引线法 测量中等阻值的电阻，伏安法是比较容易的方法，惠斯顿电桥法是一种精密的测量方法，但在测量低电阻时都发生了困难。这是因为引线本身的电阻和引线端点接触电阻的存在。图4为伏安法测电阻的线路图，待测电阻RX两侧的接触电阻和导线电阻以等效电阻r1 、r2、 r3 、 r4表示，通常电压表阻较大，r1和r4对测量的影响不大，而r2和r3与RX串联在一

图4 伏安法测电阻 图5 双臂电桥测低电阻 起，被测电阻实际应为r2+RX+r3， 若r2和r3数值与RX为同一数量级，或超过RX，显然不能用此电路来测量RX。 若在测量电路的设计上改为如图5 所示的电路，将待测低电阻RX两侧的接点分为两个电流接点C-C和两个电压接点P-P，C-C在P-P的外侧。显然电压表测量的是P-P之间一段低电阻两端的电压，消除了r2和r3对RX测量的影响。这种测量低电阻或低电阻两端电压的方法叫做四端引线法，广泛应用于各种测量领域中。例如为了研究高温超导体在发生正常超导转变时的零电阻现象和迈斯纳效应，必须测定临界温度Tc，正是用通常的四端引线法，通过测量超导样品电阻R随温度T的变化而确定的。低值标准电阻正是为了减小接触电阻和接线电阻而设有四个端钮。 2．双臂电桥测量低电阻 用惠斯登电桥测量电阻，测出的RX值中，实际上含有接线电阻和接触电阻（统称为Rj）的成分（一般为10-3~10-4Ω数量级），通常可以不考虑Rj的影响，而当被测电阻达到较小值（如几十欧姆以下）时，Rj所占的比重就明显了。 因此，需要从测量电路的设计上来考虑。双臂电桥正是把四端引线法和电桥的平衡比较法结

合起来精密测量低电阻的一种电桥。 如图6 中，R1、R2、R3、R4为桥臂电阻。RN为比较用的已知标准电阻，Rx为被测电阻。RN和Rx是采用四端引线的接线法，电流接点为C1、C2，位于外侧；电位接点是P1、P2位于侧。 测量时，接上被测电阻Rx ，然后调节各桥臂电阻值，使检流计指示逐步为零，则IG=0，这时I3=I4时，根据基尔霍夫定律可写出以下三个回路方程。

图6 四端引线法测电阻 )()(422234233122311RRIrIIRIRIRIRIRIRIXN 式中r为CN2和Cx1之间的线电阻。将上述三个方程联立求解，可得下式： )(241323213RRRRrRRrRRRRRNX

由此可见，用双臂电桥测电阻，Rx的结果由等式右边的两项来决定，其中第一项与单臂电桥相同，第二项称为更正项。为了更方便测量和计算，使双臂电桥求Rx的公式与单臂电桥相同，所以实验中可设法使更正项尽可能做到为零。在双臂电桥测量时，通常可采用同步调节法，令R3/R1= R4/R2，使得更正项能接近零。在实际的使用中，通常使R1=R2，R3=R4，则上式变为

31RRRRNx

在这里必须指出，在实际的双臂电桥中，很难做到R3/R1与R4/R2完全相等，所以Rx

和RN电流接点间的导线应使用较粗的、导电性良好的导线，以使r值尽可能小，这样，即

使R3/R1与R4/R2两项不严格相等，但由于r值很小，更正项仍能趋近于零。 为了更好的验证这个结论，可以人为地改变R1、R2、R3和R4的值，使R1≠R2，R3≠R4，并与R1=R2，R3=R4时的测量结果相比较。 双臂电桥所以能测量低电阻，总结为以下关键两点： a、单臂电桥测量小电阻之所以误差大，是因为用单臂电桥测出的值，包含有桥臂间的引线电阻和接触电阻，当接触电阻与Rx相比不能忽略时，测量结果就会有很大的误差。而双臂电桥电位接点的接线电阻与接触电阻位于R1、R3和R2、R4的支路中，实验中设法令R1、R2、R3和R4都不小于100Ω，那么接触电阻的影响就可以略去不计。 b、双臂电桥电流接点的接线电阻与接触电阻，一端包含在电阻r里面，而r是存在于更正项中，对电桥平衡不发生影响；另一端则包含在电源电路中，对测量结果也不会产生影响。当满足R3/R1= R4/R2条件时，基本上消除了r的影响。

2.2 实验仪器： QJ—19型 单双臂电桥，待测电阻，电流，游标卡尺，千分尺，灵敏检流计，标准电阻，反向开关，导线等。 QJ—19型 单双臂电桥简介 QJ—19型电桥线路如图，板面布置如图4所示。 它是一种单双臂两用电桥，当作单臂电桥时，把3、4短路，在5、6上接

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大学物理演示实验报告：基于电磁学验证流体力学伯努利方程实验

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物理演示实验报告物理演示实验自主设计方案本物理演示实验根据流体流速与压强的关系以及电磁铁的相关性质验证流体力学中伯努利原理)(2112111为常数C C gh v p =++ρρ(1)当外界环境被选定后，常数C 可以表示为gh v p C 2222221ρρ++=(2)将(1)式与(2)式联立，可以得到gh v p gh v p 22222121112121ρρρρ++=++(3)这就是我们所说的伯努利方程，下面我们来验证这一原理。

在中学阶段，我们已经知道流体流速越大的地方压强越小这一流体学基本关系。

为了验证流速与压强的具体关系，我们不妨选择空气流作为实验流体，大气压强作为外界标准压强，由基本数据可知标准大气的密度ρ=1.29kg/m 3(温度为0℃，标准大气压p 0=101kpa)，我们只需要测量出流体的某一流速v 以及在该流速下的压强p 1。

进而将p 1,v 代入伯努利方程左右两端，验证等式是否成立。

此时，由于选定的外界是标准大气，故验证的等式为02121p v p =+ρ(4)下面我们需要清楚流速与该流速下的流体压强的测量原理。

首先我们先测量流速。

由于流体是以风的形式存在的，因此我们使用鼓风机作为风的发生装置。

我们采取简易风车来测量风速。

选择该风车的前提是在无风环境下风车能够静止即处于平衡状态，并且在受到风力时可以较为灵敏地进行转动，即摩擦阻力越小越好。

设风车的转动半径为R，风车转动角速度为ω，则根据线速度与角速度的关系有ωR v =(5)其中ω可以通过风车的转速n 来测量，即n πω2=(6)联立(5)(6)两式，这样我们可以较为准确地得出流速v 的大小为Rn v π2=(7)接下来，我们来测量该流速下的压强。

该压强的测量需要运用电磁铁以及压一、演示物理原理简介（可以配图说明）力传感器。

我们将电磁铁和压力传感器进行组装成为能够测量电磁铁磁力的装置(我们将在方案实施模块进行详细介绍其使用方法)，具体模型如图1所示。

大学物理实验报告（精选8篇）

大学物理实验报告（精选8篇）

大学物理实验报告（精选8篇）大学物理实验报告（精选8篇）在现实生活中，越来越多人会去使用报告，我们在写报告的时候要注意逻辑的合理性。

那么，报告到底怎么写才合适呢？下面是小编整理的大学物理实验报告，希望对大家有所帮助。

大学物理实验报告篇1实验目的：通过演示来了解弧光放电的原理实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。

雅格布天梯的两极构成一梯形，下端间距小，因而场强大(因)。

其下端的空气最先被击穿而放电。

由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离,击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。

结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。

当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。

简单操作：打开电源，观察弧光产生。

并观察现象。

（注意弧光的产生、移动、消失）。

实验现象：两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。

巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，同时产生光和热。

热空气带着电弧一起上升，就象圣经中的雅各布（yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。

注意事项：演示器工作一段时间后，进入保护状态，自动断电，稍等一段时间，仪器恢复后可继续演示，实验拓展：举例说明电弧放电的应用大学物理实验报告篇2一、实验目的：1、用热分析法（步冷曲线法）测绘Zn-Sn二组分金属相图；2、掌握热电偶测量温度的基本原理。

二、实验原理：概述、及关键点1、简单的二组分金属相图主要有几种？2、什么是热分析法？步冷曲线的线、点、平台各代表什么含义？3、采用热分析法绘制相图的关键是什么？4、热电偶测量温度的基本原理？三、实验装置图（注明图名和图标）四、实验关键步骤：不用整段抄写，列出关键操作要点，推荐用流程图表示。

五、实验原始数据记录表格（根据具体实验内容，合理设计）组成为w(Zn)=0.7的样品的温度-时间记录表时间τ/min 温度 t/oC开始测量 0 380第一转折点第二平台点结束测量六、数据处理（要求写出最少一组数据的详细处理过程）七、思考题八、对本实验的体会、意见或建议（若没有，可以不写）（完）1.学生姓名、学号、实验组号及组内编号；2.实验题目：3.目的要求：（一句话简单概括）4.仪器用具: 仪器名称及主要规格（包括量程、分度值、精度等）、用具名称。

大学物理创新性实验的设计及实施

大学物理创新性实验的设计及实施

创新教育科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald229大学物理实验教学的重要性逐步凸显，使之成为现代大学物理教学必不可少的重要教学项目之一，为能够进一步提高大学物理创新性实验教学效果，并做好实验内容的研究分析，提高其设计及实施的有效性至关重要，是保障大学物理实验有序及合理进行的必要条件，同时对于进一步提高大学物理实验的实际实验水平也具有一定的帮助作用。

1 创新性实验的内容设计创新性实验是大学物理实验内容中比综合性、设计性实验更高一层的实验，创新性实验能培养和提高学生的创新意识及创新能力，充分地激发学生的学习积极性与热情。

目前，国内各著名高校都开展了创新性实验的教学，并取得了一定的效果。

我校曾在2008级及2010级优秀的本科生中开展创新性实验的教学。

已建立了创新性实验室，建立光电、电磁等方面的创新平台，构置一批创新性实验仪器。

作为创新性实验内容的选择，尽可能地让学生根据自己的兴趣及专业特点自主地选择创新性实验的主题。

充分发挥学生的主动性，及时地把现代科学技术与现代科技进步的成果渗透到经典的物理实验内容中。

充分发挥本实验中心的师资及仪器的优势，与其他专业实验室相结合开展内容丰富，形式多样的创新性实验，为学生提供发展个性和施展才能的机会，提高学生的创新意识及能力。

创新性实验题目也可与老师的科研课题相结合，使学生得到科学研究方法的熏陶，及时了解有关方面的国内、国外最新研究现状，提高学生的实践技能和创新能力。

2 创新性实验过程研究2.1 实验方法选用在实际物理实验开展前，需对实验方法进行选择，不同的实验目标规划及所选用的实验方法均有着一定的差异，需按照实际物理实验标准及现阶段实验要求选择适宜的实验方法，从而使物理创新性实验能够切实在大学物理试验中发挥其实际作用。

创新性实验对于学生实际创新意识要求较高，所以实验方法的选择不仅要能够符合物理实验标准，同时需预留一定的自主实验空间，使学生在进行物理实验过程中能够充分的发挥出自我主动学习意识，从而提高物理创新性实验的实际教学效果。

大学物理《迈克尔逊专题》—迈克尔逊干涉仪实验报告

大学物理《迈克尔逊专题》—迈克尔逊干涉仪实验报告

大学物理《迈克尔逊专题》—迈克尔逊干涉仪实验报告《迈克尔逊专题》实验报告前几周我做了迈克尔逊专题实验，对迈克尔逊干涉仪有了更加深刻的认识。

迈克尔逊干涉仪，是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。

它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。

通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。

主要用于长度和折射率的测量，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。

在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。

利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。

迈克耳逊干涉仪是这个专题实验最主要的试验仪器，此专题包括：1、迈克耳逊干涉仪在钠光灯照射下测量钠双线波长差; 2、白光干涉测量平板玻璃折射率；3、由迈克耳逊干涉仪改装成的法布里——玻罗干涉仪测钠双线波长差。

这三个实验都与波的干涉有关，都是利用干涉原理进行试验的。

迈克尔逊干涉仪的工作原理是干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。

若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化，或是薄膜的厚度e发生了变化。

另外钠光灯辐射产生的两条强谱线的波长是不一样的，分别为589.6nm和589.0nm，波长差与中心波长相比甚小。

如果用这种光源照明迈克尔逊干涉仪，所获得的圆形等倾条纹实际上是两种波长分别形成的两套干涉条纹的叠加。

当全反镜M1、M2之间的距离d为某一值时，会恰好出现波1的k1级明条纹恰好与波2的k2级暗条纹重合，这时条纹最模糊，对比度小，为零。

当动镜M1继续移动时，两个条纹会错开，会出现清晰的圆形等倾条纹。

这就是钠光灯产生的干涉现象。

现在根据上述原理对以下实验进行介绍。