专题二 电桥测量电阻（教案）-山东省职教高考《电气测量技术》(高教版）专题复习讲练测

专题二 电桥测量电阻（教案）-《电气测量技术》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理论知识：要求考生能够准确阐述直流单臂电桥和直流双臂电桥的基本原理、结构特点、适用范围等。 2.实践操作：要求考生能够独立完成电桥的接线、调零、测量、读数及数据处理等整个测量过程，并能根据测量结果分析误差原因。 3.故障排查：要求考生具备基本的故障排查能力，能够识别并解决电桥测量过程中出现的常见问题。 4.综合应用：要求考生能够将所学知识综合应用于实际问题中，如选择合适的电桥类型测量特定阻值的电阻，制定合理的测量方案等。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、直流单臂电桥测量电阻 直流单臂电桥的基本结构与工作原理： 直流单臂电桥由比率臂、比较臂、检流计和电源四部分组成。其工作原理基于电桥平衡条件，即R1×R4 = R2×R3，其中R1、R2、R3为已知电阻，R4为未知电阻。当电桥平衡时，检流计指示为零，此时可通过已知电阻计算未知电阻R4的值。 使用直流单臂电桥的步骤与注意事项： 使用直流单臂电桥测量电阻的步骤包括：正确接线、进行电桥调零操作、选择合适的量程和倍率、读取检流计指示、调整电阻使电桥平衡、计算未知电阻的值。在使用过程中，需要注意电源的稳定性、检流计的使用、测量前的调零等，以确保测量结果的准确性。 二、直流双臂电桥测量电阻 直流双臂电桥的特点与工作原理： 直流双臂电桥适用于测量低阻值电阻，具有更高的测量精度。其工作原理同样基于电桥平衡条件，但通过引入额外的电阻臂来减小接触电阻和导线电阻的影响，从而提高测量精度。 使用直流双臂电桥的步骤与读数方式： 使用直流双臂电桥测量电阻的步骤包括：按照电桥说明书正确接线（注意双臂的接线方式）、进行电桥调零操作、选择合适的量程和倍率、读取检流计指示、调整电阻使电桥平衡、计算未知电阻的值。在读数时，需要注意双臂电桥的读数方式，以确保正确读取测量结果。 三、直流双臂电桥的维护与保养 直流双臂电桥的维护与保养方法： 直流双臂电桥是一种精密的测量仪器，需要定期进行维护与保养。具体包括：定期检查电桥的接线和接触情况，确保良好接触；定期清洁电桥表面和内部零件，避免灰尘和污垢积累；存放在干燥、通风、无腐蚀性气体的环境中，以确保电桥的长期稳定性；长期不使用时，应取出电池并妥善保管电桥，以延长其使用寿命。 维护与保养的重要性： 维护与保养对于确保直流双臂电桥的测量精度和延长其使用寿命具有重要意义。通过定期进行维护与保养，可以及时发现并解决电桥存在的问题，避免因仪器故障而导致的测量误差。同时，良好的维护与保养还可以提高电桥的稳定性和可靠性，确保其在长期使用过程中始终保持良好的工作状态。 [真题练讲] 1.(2021年山西省统一考试)下列哪项不是直流电桥测量电阻实验中的注意事项？ A. 接线要牢固可靠 B. 检流计要预热至稳定状态 C. 随意选择桥臂电阻值 D. 测量完毕后要断开电源 答案：C 解析：在直流电桥测量电阻实验中，不能随意选择桥臂电阻值. 2.(2020年山东省统一考试)直流电桥测量电阻实验中，若检流计指针偏转很小，应如何调整？ A. 增大电源电压 B. 减小电源电压 C. 增大桥臂电阻 D. 减小桥臂电阻 答案：A 解析：在直流电桥测量电阻实验中，若检流计指针偏转很小，说明电桥接近平衡但尚未完全平衡。此时可以增大电源电压以增加检流计的偏转量，从而更容易地调整电桥达到平衡状态。 3.(2022年山东省统一考试）在使用直流电桥测量电阻时，为什么需要校准检流计？ A. 提高检流计灵敏度 B. 消除检流计内阻 C. 确保检流计指示准确 D. 减小测量误差 答案：C 解析：但题目要求单选，若必须选择一个答案，则选C（确保检流计指示准确）更为准确。因为校准检流计的主要目的是确保其指示准确，从而减小测量误差。 4.(2023年陕西省统一考试) 直流电桥测量电阻时，如果检流计指针始终无法回到零位，且已确认桥臂电阻无误，可能的原因是？ A. 电源电压过高 B. 检流计故障 C. 待测电阻值过大 D. 测量环境有电磁干扰 答案：B 解析：但题目要求单选，若必须选择一个答案，则选B（检流计故障）更为直接。然而，实际上电磁干扰也可能是导致检流计指针无法回到零位的原因之一。 5.(2020年山东省统一考试)在使用直流电桥进行电阻测量前，为什么需要预热电桥？ A. 消除机械应力 B. 稳定电桥内部元件 C. 提高测量速度 D. 减小电桥体积 答案：B 解析：预热电桥可以使其内部元件达到稳定的工作状态，减少因温度变化引起的测量误差。 [限时练讲] 1. 在直流电桥测量电阻的实验中，为了消除比率臂对测量结果的影响，通常采用的方法是？ A. 增大电源电压 B. 减小检流计灵敏度 C. 平衡位置互易法 D. 多次测量取平均值 答案：C 解析：平衡位置互易法是一种在直流电桥测量电阻实验中常用的方法，用于消除比率臂对测量结果的影响。 2. 在使用直流双臂电桥测量低阻值电阻时，如何减小引线电阻和接触电阻的影响？ A. 增大电源电压 B. 减小检流计灵敏度 C. 缩短引线长度 D. 增加测量次数 答案：C 解析：缩短引线长度可以减小引线电阻和接触电阻对测量结果的影响，特别是在测量低阻值电阻时更为重要。 3. 直流电桥测量电阻时，如果待测电阻的阻值未知，应该如何选择合适的桥臂电阻值？ A. 随意选择 B. 选择与待测电阻相近的阻值 C. 选择最大值 D. 选择最小值 答案：B 解析：在选择桥臂电阻值时，应尽量选择与待测电阻相近的阻值，以便更快地调整电桥达到平衡状态，并减小测量误差 4.直流电桥测量电阻的基本原理是基于什么定律？ A. 焦耳定律 B. 欧姆定律 C. 法拉第电磁感应定律 D. 楞次定律 答案：B 解析：直流电桥测量电阻的基本原理是基于欧姆定律，即电阻、电压和电流之间的关系。 5. 在直流电桥测量电阻时，如果检流计指针偏向一侧，说明什么？ A. 电源电压过高 B. 桥臂电阻平衡 C. 桥臂电阻不平衡 D. 检流计故障 答案：C 解析：在直流电桥测量电阻时，如果检流计指针偏向一侧，说明桥臂电阻之间存在不平衡，需要调整以达到平衡状态。 6. 直流电桥测量电阻实验中，提高电桥灵敏度的主要措施不包括？ A. 选用低内阻的检流计 B. 增大电源电压 C. 选用高内阻的检流计 D. 选择合适的比率臂 答案：C 解析：提高电桥灵敏度的措施通常包括选用低内阻的检流计、增大电源电压和选择合适的比率臂。选用高内阻的检流计会降低电桥的灵敏度。 7. 直流双臂电桥相比直流单臂电桥，在测量低阻值电阻时的主要优势是？ A. 更高的测量精度 B. 更宽的测量范围 C. 更快的测量速度 D. 更简单的操作 答案：A 解析：直流双臂电桥特别设计用于测量低阻值电阻，通过四端钮接线方式消除了引线电阻和接触电阻的影响，从而提高了测量精度。 8.为提高直流双臂电桥测量低阻值电阻的精度，请提出至少三项改进措施。 答案： 采用更高精度的检流计：以提高对微弱电流的检测能力，从而更准确地判断电桥是否达到平衡状态。 优化电路设计：减少电路中的寄生电阻和分布电容，以降低它们对测量结果的影响。 定期校准电桥：使用标准电阻对电桥进行定期校准，以确保测量结果的准确性。 9.某实验室需要精确测量一根金属导线的电阻值，已知该电阻值较小，请设计一个测量方案，并说明选择直流双臂电桥的理由。 答案： 测量方案： 选择一台高精度的直流双臂电桥作为测量仪器。 将金属导线按照四端钮连接法接入电桥中，确保接触良好且引线电阻尽可能小。 调整电桥的可调电阻，观察检流计指针偏转情况，直至指针指零（电桥平衡）。 记录此时的可调电阻值或直接从电桥读数系统读取待测电阻值。 选择理由： 由于金属导线的电阻值较小，使用直流单臂电桥测量时可能会受到接触电阻和引线电阻的较大影响，导致测量精度下降。而直流双臂电桥采用四端钮连接法，能够更有效地消除这些影响，因此更适合用于测量低阻值电阻。 10.在使用直流双臂电桥测量电阻时，除了仪器误差和读数误差外，还有哪些因素可能导致测量误差？请至少列举三项，并简要说明其影响。 答案： 环境温度变化：环境温度的变化会导致电阻值的变化，从而影响测量结果的准确性。应尽可能在恒温条件下进行测量，或记录环境温度变化并进行修正。 电源稳定性：电源电压的不稳定会导致电桥平衡状态的波动，从而引入误差。应使用稳压电源来确保电源电压的稳定性。 接触电阻和引线电阻：尽管直流双臂电桥采用四端钮连接法来减小接触电阻和引线电阻的影响，但在实际测量中仍可能存在一定的误差。应确保连接牢固且引线电阻尽可能小。 11.某待测电阻的阻值范围未知，但预计可能在几欧姆到几百欧姆之间。为了更准确地测量其阻值，应如何选择直流电桥（单臂或双臂）？为什么？ 答案： 在这种情况下，应首先使用直流单臂电桥进行初步测量。因为直流单臂电桥通常具有较宽的测量范围，可以覆盖从几欧姆到几千欧姆甚至更高的电阻值。通过初步测量可以大致确定待测电阻的阻值范围。如果待测电阻确实属于低阻值范围（如几欧姆到几十欧姆），且对测量精度有较高要求，则可以进一步使用直流双臂电桥进行测量以提高精度。然而，如果待测电阻阻值较高（如几百欧姆以上），则继续使用直流单臂电桥进行测量即可满足要求。 12.在使用直流双臂电桥进行多次测量同一电阻后，得到了一组数据。请说明如何对数据进行处理以得到更可靠的电阻值，并介绍如何估计测量误差。 答案：数据处理： 剔除异常值：首先检查数据集中是否存在异常值（如明显偏离其他数据的点），并将其剔除。异常值可能是由于测量错误或外部干扰引起的。 计算平均值：对剩余的数据进行算术平均，得到电阻的平均值。平均值可以减小随机误差的影响，提高测量结果的可靠性。 分析数据分布：可以进一步分析数据的分布情况，如计算标准差、方差等统计量，以了解数据的离散程度和测量结果的稳定性。 误差估计： 标准误差：标准误差是平均值的标准差，反映了多次测量平均值与真值之间的离散程度。它可以通过样本标准差除以测量次数的平方根来计算。 置信区间：根据标准误差和所需的置信水平（如95%），可以计算出电阻值的置信区间。置信区间给出了电阻值真值可能存在的范围，有助于评估测量结果的可靠性。 仪器误差与人为误差：除了通过统计分析估计的随机误差外，还需要考虑仪器误差（如电桥的精度限制）和人为误差（如操作不当、读数误差等）。这些误差通常需要通过校准、培训和严格遵守操作规程来减小。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.直流单臂电桥测量电阻概念： 直流单臂电桥是一种用于测量电阻的精密仪器，基于电桥平衡条件（R1×R4 = R2×R3）工作。通过调整已知电阻使电桥平衡，可计算未知电阻的值。 2.直流双臂电桥测量电阻概念： 直流双臂电桥适用于测量低阻值电阻，具有更高的测量精度。其工作原理同样基于电桥平衡条件，但引入额外的电阻臂来减小接触电阻和导线电阻的影响。 3.使用直流电桥测量电阻的步骤： 使用直流电桥（无论是单臂还是双臂）测量电阻的步骤包括：正确接线、进行电桥调零、选择合适的量程和倍率、读取检流计指示、调整电阻使电桥平衡、计算未知电阻的值。 4.直流双臂电桥的优势与应用： 直流双臂电桥相比直流单臂电桥在测量低阻值电阻时具有更高的精度。它特别适用于需要高精度电阻测量的场合，如科学实验、精密仪器校准等。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$