惠斯通电桥法是比较准确的测量中值电阻（如1千欧姆量级的电阻）的方法。实验时，学生首先需要按上面的原理图接线。设定好参数后，将保护电阻R0调到最大，接通电路，调节电阻RS，使流过检流计的电流最小，然后调小保护电阻R0，继续调节电路，直到R0最小时，流过检流计的电流依然为零，也即电桥处于平衡状态，这样，我们就可以用如下公式计算待测电阻RX：

不过，这样的“顺利实验”是以学生能够正确接线，且所用的元器件都正常工作为前提的。由于经验不足，不少学生会出现接线错误；偶尔也会出现元

器件故障，如接线脱落，电阻箱短路、检流计不工作等问题。实际教学中，学生一般都是向指导老师求助来解决问题，但我们更希望：学生能学习查错的思路和方法，并具备相关的思维和能力，为将来独立工作打下基础。

为此，我们开展惠斯通电桥查错实验训练，受到学生的欢迎。但也受到容量有限，不能“破坏”太多仪器，具体实验的故障组合有限等因素的限制，为此，我们研发惠斯通电桥查错虚拟仿真实验，开展大容量、不受时间限制的本科生实验查错训练。教学中，学生可以自己选择实验室查错或者虚拟仿真实验来进行查错训练。

对于查错训练，初学者可能会认为：首先确认每一个元件都是好的，然后再开始实验，就可以了。但实际上，一方面，接线本身可能会带来接触不良、断路一类的问题，元件都正常，也不能保证实验电路正常工作；另一方面，如果实验用到的元器件很多，但故障率比较低，一个一个地确认元器件工作正常再开始做实验，是非常低效的。因此，我们更希望学生能够在深入理解实验原理的基础上，认真观察、分析自己看到的实验现象，通过有目的地调节特定的元件，根据系统在元器件调节时的响应，来分析可能的故障原因，再用额外提供的万用表来确认自己的判断，并明确具体的故障。

知识点：共9个

1)惠斯通电桥；

2)回路接线法；

3)检流计调零；

4)保护电阻；

5)电桥平衡；

6)导线断路及对电路的影响；

7)电阻箱短路及对电路的影响；

8)电阻箱断路及对电路的影响；

9)元件上的电压降；

核心要素的仿真度：

本实验设计了10种可以任意组合的故障类型。学生在登录实验系统时，

先选择查错实验难易程度等级（初级含两个故障、中级含5个故障，高级含

10个故障），系统就会在实验所需的元件和器材上“生成”故障属性，待学生连接电路之后，实验系统上得到的现象就是包含故障的元件的“真实行为”。

这里举三个故障类型的例子和仿真系统里会出现的现象：

1）如果导线断路，那么所在的回路就不会有电流流过；

2）如果电阻箱某个档位短路，那么，调节这个档位，阻值就不会变化；

3）如果检流计指针卡死，那么，不管电路实际是什么状况，指针就不会有转动。

另外，仿真系统里的元件参数，都是独立可调，如电源电压、电阻箱的阻值都可以改变，而且，电路中的参数，如电流值，会根据实际参数和元器件是否有故障的属性，实时进行调整；而检流计在使用前，也需要进行调零。

当学生在实验过程中，确认某个元件有故障，且说明故障类型之后，该故障就排除，此元器件就恢复正常工作。

由此可见，我们设计的系统是一个仿真度非常高的训练实验。

线下实验教学——惠斯通电桥查错实验：

学生进入实验室，在指定位置上，利用实验室提供的装置开始做实验，可以利用万用表进行故障排除，如果正确找到某个元器件的故障，教师就更换该故障元器件，学生继续做实验，直到排除所有故障，能开始进行正常的惠斯通电桥实验测量待测电阻的阻值。

在学生实验过程中，教师提供查错实验指导表，观察学生查错过程，并针对性地给予提示和帮助。

惠斯通电桥虚拟仿真实验：

学生登录虚拟仿真实验系统，选择难易级别，其中，初级含2个故障、中级含5个故障，高级含10个故障。这样的设计，一方面便于初学者入门，建立自信心；另一方面，也鼓励学生进阶式练习，逐渐提升自己的分析判断能力，并加深对实验内容的理解和掌握。然后，按照实验说明，接线，设置合理的实验参数，观察实验现象；根据实验现象，来推断可能的故障，如果需要，可以用额外提供的万用表来确认故障，然后，在元器件属性表上提交故障类型；如果学生提交的故障类型和预设的故障一致，则该器件恢复正常属性，学生登记总的查错故障表，并可以进行下一步实验，直到找到所有预设的仪器故障，完成实验

（1）实验方法描述（只针对虚拟仿真实验的教学，线下实验有实验指导册可参考，并有老师现场引导）：

1. 登录系统，并选择实验难易程度；

2. 在虚拟实验平台上开始接线；

3. 连接好电路之后（共有十根导线）；

4. 检流计调零；

5. 保护电阻调到最大；

6. 打开电源并设置所需的电压值；

7. 闭合两个开关；

8. 根据观察到的现象，推断可能的故障，如果需要，可以借助额外提供的万用表进行故障确认；

9. 在排除故障对话框里填入找到的故障种类；

10. 重复以上步骤，直至电路可以正常工作；

11. 在故障总表中提交所有的故障信息；

12. 提交查错报告，完成实验。

（2）学生交互性操作步骤说明：

用鼠标左键点住工作界面上的每一个元件，可以进行元件移动；其中导线两端是分别移动的；

双击每一个元件，可以打开该元件的参数设置窗口；窗口左上角有该仪器的“排除故障”按钮；

鼠标左键点住导线的一端蓝色的小圆圈，移动鼠标，将此小圆圈移动到某个电学元件的接线柱附近，轻微移动位置，直到蓝色小圆圈消失，表示导线与接线柱连接上了，接下来，移动电学元件，导线将跟着移动；但如果蓝色小圆圈没有消失，表示这里接线没有接好，移动电学元件将不会带动导线；

在元件参数设置窗口，鼠标左键点击每一个旋钮，旋钮将顺时针旋转，鼠标右键点击旋钮，将逆时针旋转此旋钮；万用表上的旋钮、电阻箱上的旋钮也一样。

学生在实验过程，每找到一个故障，就可以在“实验数据表格”中进行记录，直到找到所有的故障。

仪器操作相关的安全特别提醒：

万用表档位设置不合理导致过载或者检流计过载时，会有报警，必须马上进行实验操作已中断“过载状态”；若过载状态持续时间过长，将出现仪器损坏，实验失败！

本实验的评分，综合三方面因素：

1.若学生是在接线之前，测量每一个元器件，来查找故障，最高得分为良好；

2.如果学生会在电路工作状态下，基于实验现象来推理、判断，并高效地找到故障所在，并确认故障类型，得分总体较高；

3.能否准确找到所有的故障，是评分的主要依据；

4.找到所有故障的情况下，用时少的同学得分更高；

5.若出现仪器烧坏等问题，学生必须重做实验；

6.不管是否成功，学生都可以再次登录做实验；由于故障是随机产生的，学生每次实验的“故障组合”，只在有限的几次实验过程中，一般不会出现重复；我们以最后一次或者学生自己选择的最好一次实验结果，评定分数；

学生完成虚拟仿真实验后的得分，也和学生选择的难易级别相关