实验原理

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。