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基于MATLAB的惠斯通电桥测量电阻实验的分析与设计

申绪英
  
名万媒体号
2023年2期
西华大学 理学院 物理实验中心 四川成都 610039

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摘 要:以大学物理实验中惠斯通电桥测量电阻的实验为例,分别使用自建电桥测量电阻的实物实验和Matlab 编程进行仿真实验,通过对同一已知输入数据下实验结果进行对比分析,可以看出,仿真实验测电桥电阻与实物实验所得结果之间偏差的绝对值小于1%,由灵敏度引入的测量误差,仿真实验所得结果要低于实物实验,从而验证了MATLAB仿真实验手段的正确性与可行性。从教学效果这个角度而言,使用MATLAB编程开展实验,可加深学生对电路理论的认知和理解,同时有利于增强教师的教学效果,该仿真实验手段势必成为大学物理实验教学改革的重要发展方向之一。

关键词:Matlab;惠斯通电桥;灵敏度;教学效果

1惠斯通电桥电路实验原理

1.1 惠斯通电桥的线路原理[1]

图1为惠斯通电桥的原理图,电阻R1 、R2、 R0与未知电阻Rx所在的四条支路作为四个“桥臂”,电流表G所在支路作为“桥”。闭合开关K,在电路的AB端施加直流电源E时,电流表G可用来显示CD支路有无电流并比较CD两点电位的相对大小。

人为改变可调电阻R0的大小,当其电流表G显示电流为零时,此时CD两点为等电位点,我们认为电路达到平衡。

4、结论

通过对自建电桥测电阻的实物实验以及使用MATLAB编程的仿真实验,通过对同一已知输入数据下的实验结果进行对比分析,可以看出,仿真实验测电桥电阻数据与实物实验所得结果之间偏差的绝对值小于1%,由灵敏度引入的测量误差,仿真实验所得结果要低于实物实验,从而验证了MATLAB仿真实验手段的正确性与可行性。从教学效果这个角度而言,使用MATLAB编程开展实验,能有效规避多次修改电路参数所带来的繁琐计算,在提升学生学习兴趣的同时,能让学生可以把更多的注意力放在对电路本质的理解上,能非常便捷的分析和计算各种不同参数设置情况下对未知被测参数的影响程度和趋势,从而可加深学生对电路理论的认知和理解,同时有利于增强教师的教学效果,该仿真实验手段势必成为大学物理实验教学改革的重要发展方向之一。

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作者简介:申绪英(1974-),女,汉族,籍贯为重庆市忠县,硕士,讲师。研究方向为材料物理。

基金项目:本文系2021年西华大学校级教育教学改革项目《 大学物理实验虚拟仿真实验平台构架与实践 (编号xjjg2021044)》课题研究成果。

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