开尔文电桥测电阻及用Visual Basic处理测量数据

2013-12-24 06:39阿不都拉阿吉木扎帕尔阿迪力杨占金
大学物理实验 2013年2期
关键词:金属棒电桥大学物理

阿不都拉·阿吉,木扎帕尔·阿迪力,杨占金

(新疆农业大学,新疆 乌鲁木齐 830052)

开尔文电桥是惠斯登电桥的改进与发展,开尔文电桥的特点在于用四端电阻法测量低电阻。用它测量不同金属棒的电阻和电阻率时,不确定度的计算问题比较繁琐。采用Visual Basic编程解决了以上的计算困难[1-2]。

1 实验原理

图1 开尔文电桥

开尔文电桥用四端电阻法测量低电阻。图1为开尔文电桥电路图,电桥平衡时,检流计中无电流。因此,通过桥臂R1、R2的电流I1相等,通过桥臂Rx、RN的电流I3相等,通过R3、R4的电流I2也相等。因此可以推出待测电阻为R=,式x中RN为电桥中的标准电阻[3]。如果给出作为标准电阻的金属棒单位长度的电阻值α,那么根据电桥平衡时B4C2段处标尺读数LN的值,便可求得标准电阻RN=α·LN。再由电桥平衡条件得到待测电阻

式中:α=1.92×10-5Ω/m。

2 不确定度的推导

根据标准误差传递公式电阻率的不确定度为

式(3)中ud和uL是测量金属棒直径和长度的不确定度,它们由公式分别计算,其中uA和uB是测量金属棒直径和长度的A类和B类不确定度,它们又分别由公式计算。另外式(3)中uRx/Rx是测量电阻时发生的相对误差,其相对误差与电桥的灵敏度有关。而电桥灵敏度为因此电桥测量值R的相对误x差为

3 记录数据与数据处理

本实验用Visual Basic程序编程,得到界面中呈现出实验题目、实验目的、实验原理和记录数据与数据处理[4-6]。图2为记录数据与数据处理的界面部分。

图2 VB编程的界面图

4 结 论

通过设计Visual Basic程序,实验者做完实验以后将所测量的数据输入“记录数据”空格后,点击命令按钮计算,即可得到所测金属棒电阻率的不确定度。该程序使得复杂的数据处理变得快捷、准确。该程序不但提高了实验的效率,实验教师也可利用该程序检查学生的实验效果,评定实验成绩。更重要的是物理实验与计算机课程在教学上紧密配合,以此培养学生理论联系实际的能力。

[1]朱肖平.用Visual Bosic编制物理实验数据处理及评价软件[J].大学物理实验,2002,21(8):72-75.

[2]刘科,周晓林.基于Lab VIRE的大学物理虚拟实验设计——以“单臂电桥法测电阻”为例[J].大学物理实验,2012,24(6):81-86.

[3]王礼,盖立平.VB 6.0在物理实验数据处理中的应用[J].数理医学杂志,2010,23(3):366-368.

[4]王礼,盖立平.VB 6.0在物理实验数据处理中的应用[J].数理医学杂志,2010,23(3):366-368.

[5]孙文斌.VB语言在大学物理实验中的应用[J].安徽工业大学学报:社会科学版,2005,22(4):121-122.

[6]刘彬彬,安剑.Visual Basic从入门到精通[M].2版.北京:清华大学出版社,2010:138-364.

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