(普通物理实验)非平衡电桥
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答：光滑的小球在无限宽广的均匀液体中下落，并无涡流产生 。实验中小球是在内径为D的玻璃圆筒中的液体里下落，不能 满足无限深广的条件。但当圆筒直径比小球直径大很多、液 体高度远远大于小球直径时，其差异是微小的，所以只需在 斯托克斯公式后面加一项修正值。
3. 为什么要用（1）式计算粘滞系数，而不用（5）式？
T＝t＋273.15K, 如：95.5＋273.15＝368.2K 1/T取4位：2.7163×10－3K-1
注意单位
思考题
1．非平衡电桥与平衡电桥有什么异同？ 答：两种电桥的异同：电路相同；
不同在于：平衡电桥；调平衡后，利用电压关系求电阻 ；
非平衡电桥不需调平衡，即不需要Ig＝0，而是通过Ig求电 阻。
2．热敏电阻有什么样的温度特性？为什么要用非平衡电 桥而不是平衡电桥测量热敏电阻的温度特性？
答：电阻值随温度变化而变化。
若用惠斯登电桥测量电阻时，电桥应调到平衡状态。由 于被测电阻阻值变化很快，电桥很难调到平衡，这时用 非平衡电桥测量较为方便。它不需调平衡，即不需要Ig ＝0，而是通过Ig求电阻。
3．测量前，为什么使RT在冷水中时微安表基本无偏 传，RT在沸水中时微安表接近满偏？
（1）答：小球不在瓶中心下落，粘滞系数变大。
因为器壁对液体的挤压使得液体的粘滞阻力更大，而越远离瓶中心越靠 近器壁，这种效果越明显，从而使粘滞力越大，测得的粘滞系数随之增 大。
（2）答：如图所示，在下端将会靠近器壁，由上题可知，靠近器壁，会 使粘滞系数变大。
（3）小球不圆，只是指粗糙
d
答：斯托克斯公式要求小球是圆而光滑的，但不光滑粗糙阻力会变大，也
l2
图 1 实验装置
空程误差的产生
显微镜读数注意：鼓轮要采用同一方向旋转测量， 以避免空程误差。空程误差是由螺母与螺杆间的间 隙造成的
调节手轮，以及镜筒
与物体之间的距离， 使物体清晰呈现
转动鼓轮，使叉丝依次对准钢球的两 边界，记下读数（如千分尺）。
实验报告中出现的问题
数据处理： 1.每 ，一最个后小再钢求(球 出' 对 平1l)应 均8g一 的d 2t个 粘(1 粘 滞2.滞 系4D d系 数)11(数。1的.6H 测d)量值
4．微安表和电源的正负极可随便接
RT
吗？为什么？
答：不可以。通过微安表的电流必须 从正极进，负极出。例 如根据电路 R3
图，当温度升高时，RT阻值下降，B点 电压比D点高，所以电流从B点到D点，
即微安表正极必须连B点，负极连D点。
如果RT位置或电源极性方向改变，微 安表的接法也应随之改变。
E
B
R2
除此之外，还可以用数字多用 表（电阻档）代替惠斯登电桥。
1 落球法测量粘滞系数
测量原理： (' )gd 2t
1
1l8 (12.4d)1(1.6d)
DH
D
修正项
起初速度小，重力大于其余两个 力的合力，小球向下作加速度越 来越小的加速运动；随着速度的 增加，粘滞阻力也相应的增大，
合力相应的减小。
l1
Hι
uA
R4
D V
K
5．试利用以上所学知识设计一个半导体温度计。
答：利用电流表读数与阻值一一对应的关系，可以 用热敏电阻作为探头，用微安表测量Ig，并将微安 表刻度盘的电流分度值改变为温度分度值，这样的 组合就可以用来测量温度。注意不同的温度范围应 选择不同的热敏电阻与微安表。这样的温度计具有 体积小、对温度反应灵敏和便于操控的优点。
答：同上
4. 为什么使用读数显微镜要单方向测量？什么是空程误差？
答：用读数显微镜测量时，鼓轮要采用同一方向旋转测量，以避免空程误 差。空程误差是由螺母与螺杆间的间隙造成的
5. 在实验中，下列因素会使测出的粘滞系数变化，是变大还是 变小：①小球不在瓶中心下落；②瓶不铅直；③小球不圆； ④小球表面附有气泡。
6．能否用惠斯登电桥做该实验？ 请你设计一下，并画出电路图。 除此之外还可用什么仪器代替？
答：理论上可以，但可操作性差。 直接用箱式惠斯登电桥测热敏 电阻阻值。如图，调节合适比 率和比率臂电阻，使灵敏电流 计指向零刻度，然后迅速从温 度计读出此时的温度（由于温 度是动态变化的，故测量时可 提前20℃进行跟踪，以保证测 量速度与测量精度）。
就结果是变大。若测的是小球偏长端的直径，（像针锥形）则变小。
（4）答：油中有气泡，粘滞系数变大。 因为小球遇到气泡的阻挡，使下落的时间增大，由公式，t大则变大。
6. 如果上激光器过于接近液体的上表面,则会产生误差,这种误差属 于系统误差还是偶然误差;会使测得的液体粘度偏大还是偏小？
答：该误差属于系统误差。上激光器过于接近液体的上表面，小球 在初始这段距离里还处于加速阶段，而粘滞系数公式是根据小球 做匀速运动受力平衡计算出来的，这个误差是由于与理论分析不 符所造成的，因此属于系统误差。显然，加速阶段的速度小于匀 速运动时的速度，从而使得时间t变大，由公式可知，t大则变大 。
答：因为实验过程温度范围是从冷水温度到热水温
度，随着温度改变RT也变化从而引起经过微安标的 电流发生变化，为了确保该电流在整个实验过程都
不超出微安表的测量范围，同时变化范围不至于太
小（太小，数据相接近，误差大），实验前必须调 整电路，使使RT在冷水中时微安表基本无偏传，RT 在沸水中时微安表接近满偏。
7. 小球是否可沿内壁下落,为什么?
答：因为器壁对液体的挤压使得液体的粘滞阻力更大，而越远离瓶 中心越靠近器壁，这种效果越明显，从而使粘滞力越大，测得的 粘滞系数随之增大。
8. 为什么要测量液体温度?
答：因为液体的温度不同，其粘度 不同，只有确定液体温度才能 通过查表（或根据液体粘度曲线图）找出该温度下的 公认值， 从而与实验的测量结果比较。
均错下：落部由于时分d不间学是，生独立最求的后出变带量了，到5不个粘可小用滞误球系差的传数平递的公均式公直求式相径中对，误计差再算。求。平
应：分别由5个落球实验数据，求出各自的粘度ηi
，和平均值η均，计算不确定度σ，得到η均＝η均±σ ，最后和已知比较，做相对误差分析。
n i 2
i 1
nn 1
注 意
反
2 热水中调满偏：保证R2不变，同步调 节R3和R4（保持R3=R4），直到接近满 偏
复
调 节
电源电压
最好大于 1.0V,不得 高于2.0V,
数据记录
温度计读数：估读到0.1℃ 微安表读数：估读到0.2uA
RT可取3～4位，尾数与真数的位数相同, 如R＝400 Ω，（3位）， lnRt＝5.991（小数点后保留3位） 计算热敏电阻在20℃时的温度系数 :
1 非平衡电桥
I1 A
I3
I
B
RT Ig
R2 I2
Ⅰ
Ⅱ
C
G
R3
I4 R4
D
Ⅲ
E 图1
操作注意事项：
一、连接正确的电路图，注意微安表及 电源的“+”“—”极，不可接错。
二、调节E、R2、R3、R4使得微安表在 冷水中偏转很小，沸水中接近满偏。
1 冷水中调平衡的一个简单方法是：使 R3=R4(几千欧)，然后调节Biblioteka Baidu2，使电桥 基本平衡
注意绝对误差取一位，及末尾对齐
思考题：
1. 如何判断小球在作匀速运动？
答：测量小球下落过程中不同段的路程和以及对应的时间和， 由求出这两段路程的平均速度，比较这两个速度看是否相等 。如果大致相等的，由此可以判断小球在做匀速运动。
2. 斯托克斯定理成立的条件是什么？实验室对这些条件都满 足吗? 对不满足的条件如何处理？
3. 为什么要用（1）式计算粘滞系数，而不用（5）式？
T＝t＋273.15K, 如：95.5＋273.15＝368.2K 1/T取4位：2.7163×10－3K-1
注意单位
思考题
1．非平衡电桥与平衡电桥有什么异同？ 答：两种电桥的异同：电路相同；
不同在于：平衡电桥；调平衡后，利用电压关系求电阻 ；
非平衡电桥不需调平衡，即不需要Ig＝0，而是通过Ig求电 阻。
2．热敏电阻有什么样的温度特性？为什么要用非平衡电 桥而不是平衡电桥测量热敏电阻的温度特性？
答：电阻值随温度变化而变化。
若用惠斯登电桥测量电阻时，电桥应调到平衡状态。由 于被测电阻阻值变化很快，电桥很难调到平衡，这时用 非平衡电桥测量较为方便。它不需调平衡，即不需要Ig ＝0，而是通过Ig求电阻。
3．测量前，为什么使RT在冷水中时微安表基本无偏 传，RT在沸水中时微安表接近满偏？
（1）答：小球不在瓶中心下落，粘滞系数变大。
因为器壁对液体的挤压使得液体的粘滞阻力更大，而越远离瓶中心越靠 近器壁，这种效果越明显，从而使粘滞力越大，测得的粘滞系数随之增 大。
（2）答：如图所示，在下端将会靠近器壁，由上题可知，靠近器壁，会 使粘滞系数变大。
（3）小球不圆，只是指粗糙
d
答：斯托克斯公式要求小球是圆而光滑的，但不光滑粗糙阻力会变大，也
l2
图 1 实验装置
空程误差的产生
显微镜读数注意：鼓轮要采用同一方向旋转测量， 以避免空程误差。空程误差是由螺母与螺杆间的间 隙造成的
调节手轮，以及镜筒
与物体之间的距离， 使物体清晰呈现
转动鼓轮，使叉丝依次对准钢球的两 边界，记下读数（如千分尺）。
实验报告中出现的问题
数据处理： 1.每 ，一最个后小再钢求(球 出' 对 平1l)应 均8g一 的d 2t个 粘(1 粘 滞2.滞 系4D d系 数)11(数。1的.6H 测d)量值
4．微安表和电源的正负极可随便接
RT
吗？为什么？
答：不可以。通过微安表的电流必须 从正极进，负极出。例 如根据电路 R3
图，当温度升高时，RT阻值下降，B点 电压比D点高，所以电流从B点到D点，
即微安表正极必须连B点，负极连D点。
如果RT位置或电源极性方向改变，微 安表的接法也应随之改变。
E
B
R2
除此之外，还可以用数字多用 表（电阻档）代替惠斯登电桥。
1 落球法测量粘滞系数
测量原理： (' )gd 2t
1
1l8 (12.4d)1(1.6d)
DH
D
修正项
起初速度小，重力大于其余两个 力的合力，小球向下作加速度越 来越小的加速运动；随着速度的 增加，粘滞阻力也相应的增大，
合力相应的减小。
l1
Hι
uA
R4
D V
K
5．试利用以上所学知识设计一个半导体温度计。
答：利用电流表读数与阻值一一对应的关系，可以 用热敏电阻作为探头，用微安表测量Ig，并将微安 表刻度盘的电流分度值改变为温度分度值，这样的 组合就可以用来测量温度。注意不同的温度范围应 选择不同的热敏电阻与微安表。这样的温度计具有 体积小、对温度反应灵敏和便于操控的优点。
答：同上
4. 为什么使用读数显微镜要单方向测量？什么是空程误差？
答：用读数显微镜测量时，鼓轮要采用同一方向旋转测量，以避免空程误 差。空程误差是由螺母与螺杆间的间隙造成的
5. 在实验中，下列因素会使测出的粘滞系数变化，是变大还是 变小：①小球不在瓶中心下落；②瓶不铅直；③小球不圆； ④小球表面附有气泡。
6．能否用惠斯登电桥做该实验？ 请你设计一下，并画出电路图。 除此之外还可用什么仪器代替？
答：理论上可以，但可操作性差。 直接用箱式惠斯登电桥测热敏 电阻阻值。如图，调节合适比 率和比率臂电阻，使灵敏电流 计指向零刻度，然后迅速从温 度计读出此时的温度（由于温 度是动态变化的，故测量时可 提前20℃进行跟踪，以保证测 量速度与测量精度）。
就结果是变大。若测的是小球偏长端的直径，（像针锥形）则变小。
（4）答：油中有气泡，粘滞系数变大。 因为小球遇到气泡的阻挡，使下落的时间增大，由公式，t大则变大。
6. 如果上激光器过于接近液体的上表面,则会产生误差,这种误差属 于系统误差还是偶然误差;会使测得的液体粘度偏大还是偏小？
答：该误差属于系统误差。上激光器过于接近液体的上表面，小球 在初始这段距离里还处于加速阶段，而粘滞系数公式是根据小球 做匀速运动受力平衡计算出来的，这个误差是由于与理论分析不 符所造成的，因此属于系统误差。显然，加速阶段的速度小于匀 速运动时的速度，从而使得时间t变大，由公式可知，t大则变大 。
答：因为实验过程温度范围是从冷水温度到热水温
度，随着温度改变RT也变化从而引起经过微安标的 电流发生变化，为了确保该电流在整个实验过程都
不超出微安表的测量范围，同时变化范围不至于太
小（太小，数据相接近，误差大），实验前必须调 整电路，使使RT在冷水中时微安表基本无偏传，RT 在沸水中时微安表接近满偏。
7. 小球是否可沿内壁下落,为什么?
答：因为器壁对液体的挤压使得液体的粘滞阻力更大，而越远离瓶 中心越靠近器壁，这种效果越明显，从而使粘滞力越大，测得的 粘滞系数随之增大。
8. 为什么要测量液体温度?
答：因为液体的温度不同，其粘度 不同，只有确定液体温度才能 通过查表（或根据液体粘度曲线图）找出该温度下的 公认值， 从而与实验的测量结果比较。
均错下：落部由于时分d不间学是，生独立最求的后出变带量了，到5不个粘可小用滞误球系差的传数平递的公均式公直求式相径中对，误计差再算。求。平
应：分别由5个落球实验数据，求出各自的粘度ηi
，和平均值η均，计算不确定度σ，得到η均＝η均±σ ，最后和已知比较，做相对误差分析。
n i 2
i 1
nn 1
注 意
反
2 热水中调满偏：保证R2不变，同步调 节R3和R4（保持R3=R4），直到接近满 偏
复
调 节
电源电压
最好大于 1.0V,不得 高于2.0V,
数据记录
温度计读数：估读到0.1℃ 微安表读数：估读到0.2uA
RT可取3～4位，尾数与真数的位数相同, 如R＝400 Ω，（3位）， lnRt＝5.991（小数点后保留3位） 计算热敏电阻在20℃时的温度系数 :
1 非平衡电桥
I1 A
I3
I
B
RT Ig
R2 I2
Ⅰ
Ⅱ
C
G
R3
I4 R4
D
Ⅲ
E 图1
操作注意事项：
一、连接正确的电路图，注意微安表及 电源的“+”“—”极，不可接错。
二、调节E、R2、R3、R4使得微安表在 冷水中偏转很小，沸水中接近满偏。
1 冷水中调平衡的一个简单方法是：使 R3=R4(几千欧)，然后调节Biblioteka Baidu2，使电桥 基本平衡
注意绝对误差取一位，及末尾对齐
思考题：
1. 如何判断小球在作匀速运动？
答：测量小球下落过程中不同段的路程和以及对应的时间和， 由求出这两段路程的平均速度，比较这两个速度看是否相等 。如果大致相等的，由此可以判断小球在做匀速运动。
2. 斯托克斯定理成立的条件是什么？实验室对这些条件都满 足吗? 对不满足的条件如何处理？