用电位差计测量电动势

基础物理实验中心基础物理实验中心 用电压表直接测量电源电动势，由用电压表直接测量电源电动势，由于电源内阻产生电压降而使结果偏小。于电源内阻产生电压降而使结果偏小。本实验通过电位差计来测量未知电动势，本实验通过电位差计来测量未知电动势，采用两种基本测量方法采用两种基本测量方法补偿法补偿法和和比比较法较法，从而解决了测量不准的问题。该，从而解决了测量不准的问题。该方法的优点是方法的优点是测量精密度高、测量范围测量精密度高、测量范围宽广。宽广。【实验简介】【实验简介】【实验目的】【实验目的】1掌握电位差计的工作原理、电路结构掌握电位差计的工作原理、电路结构和特点。和特点。2学习用线式电位差计测量电动势。学习用线式电位差计测量电动势。1一般方法一般方法在测量电池电动势在测量电池电动势Ex时，一般是在电池两时，一般是在电池两端并联上伏特表，此时端并联上伏特表，此时rIEUxDC由于电源内阻由于电源内阻r的存在，测量值不准！的存在，测量值不准！【实验原理】【实验原理】2补偿法补偿法DCSExIR在电阻两端加电压，接通开关，调节在电阻两端加电压，接通开关，调节C、D间电压（间电压（此电压在回路中与此电压在回路中与Ex 反向，起反向，起补偿作用补偿作用）使检流计（）使检流计（）中无电流，指针不）中无电流，指针不偏转，此时偏转，此时Ex=UCD，测量此时，测量此时UCD 即为待测电即为待测电动势。动势。补偿回路补偿回路【实验原理】【实验原理】3电位差计的电路及原理电位差计的电路及原理电位差计共有三个回路：上半部分为工作回路电位差计共有三个回路：上半部分为工作回路（n），下半部分为两个补偿回路：），下半部分为两个补偿回路：一个是标准电池补偿回路（一个是标准电池补偿回路（），），一个是待测电动势补偿回路（一个是待测电动势补偿回路（）。【实验原理】【实验原理】比较法比较法测电动势（测电动势（前提：保证工作回路电流前提：保证工作回路电流不变不变）。）。待测电动势补偿回路达到补偿时：待测电动势补偿回路达到补偿时：3电位差计的电路及原理电位差计的电路及原理【实验原理】【实验原理】xxCDLrIEU0其中其中Ex（待测电池的电动势待测电池的电动势）未知，）未知，ES（标准电池的标准电池的电动势电动势）已知。）已知。Lx为为CD间长度，间长度，LS为为CD间长度，均间长度，均可测量。可测量。r0为为A、B间电阻丝单位长度的阻值。间电阻丝单位长度的阻值。（1）标准电池补偿回路达到补偿时：标准电池补偿回路达到补偿时：SSDCLrIEU0（2）xxCDLrIEU0SSDCLrIEU0（1）、（）、（2）两式相除，得：）两式相除，得：xSSxLLEE其中其中 ，称为电阻丝单位长度的电压降。，称为电阻丝单位长度的电压降。0IrLESS3电位差计的电路及原理电位差计的电路及原理【实验原理】【实验原理】（3）u UJ-11电位差计（十一线式电位差计）电位差计（十一线式电位差计）u 检流计（检流计（AZ19型）型）u 直流稳压电源（直流稳压电源（3V）u 滑线变阻器滑线变阻器u 标准电池标准电池u 待测电池待测电池u 单刀单掷开关单刀单掷开关u 固定电阻固定电阻u 连接导线若干连接导线若干【实验仪器】【实验仪器】u UJ-11电位差计（十一线式电位差计）电位差计（十一线式电位差计）电阻线电阻线AB长，长，5m往复绕在往复绕在11个接线插孔上，个接线插孔上，绕在绕在0B上。上。电阻丝电阻：电阻丝电阻：电阻丝允许最大电流：电阻丝允许最大电流：【实验仪器】【实验仪器】AB0u检流计检流计（AZ19型）型）【实验仪器】【实验仪器】u直流稳压电源直流稳压电源(3V)【实验仪器】【实验仪器】u滑线变阻器滑线变阻器312【实验仪器】【实验仪器】u 标准电池标准电池【实验仪器】【实验仪器】)(10)20(10)20(4)20()(625VttEtESS在室温在室温+20时，时，)20(SEV1在在关闭关闭电源、断开电源、断开开关开关的情况的情况下连接电路；下连接电路；注意：注意：工作电源、工作电源、标准电池和标准电池和待测电池一待测电池一定要正极对定要正极对正极、负极正极、负极对负极。对负极。【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】2校准电位差计（校准电位差计（提供合适的工作电流提供合适的工作电流）并测）并测LS要求：电阻丝每米电压降约要求：电阻丝每米电压降约SSLEA/工作电流过大过小，会使工作电流过大过小，会使 UCD也过大过小，也过大过小，补偿回路将无法调到补偿状态。因而工作回路补偿回路将无法调到补偿状态。因而工作回路需要校准。需要校准。再再计算计算出出电阻丝电阻丝DCSL长长【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】)(10)20(10)20(41.0186)(625VtttES由给定公式计算出由给定公式计算出标准电池标准电池电动势电动势ES LS=(以室温20为例)校准方法：校准方法：接通电源开关接通电源开关S S1 1，接入标准电池，接入标准电池E Es s，将插头，将插头C C插在插在数字数字5 5的插孔上，滑动触头的插孔上，滑动触头D D移到处，按下触头移到处，按下触头D D ，调，调节滑线变阻器节滑线变阻器R Rn n ，使检流计指针指零（注意检流计档，使检流计指针指零（注意检流计档位的使用）。接通位的使用）。接通S S3 3（等于去掉保护电阻（等于去掉保护电阻R R），再次微），再次微调调R Rn n ，使，使P P的指针指零，此时电阻丝上每米电压降的指针指零，此时电阻丝上每米电压降A A=伏伏/米。米。测量测量Ls：实验中，调节滑线变阻器实验中，调节滑线变阻器R Rn n难以使检流计指针指零，难以使检流计指针指零，可以微调滑动触头可以微调滑动触头D D的位置，以使检流计指针指零，但的位置，以使检流计指针指零，但这时要记录这时要记录L Ls s的值（不是的值（不是5.0930m 5.0930m）。）。【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】断开断开S3 ，固定，固定Rn和工作电源电压（和工作电源电压（保持工保持工作电流不变作电流不变）。）。接入接入Ex，将滑动触头，将滑动触头D D移到靠近尺的左边处，移到靠近尺的左边处，移动插头移动插头C C在不同插孔处，按下触头在不同插孔处，按下触头D D ，找出，找出使使P P的指针偏转方向相反的两个相邻数字的插的指针偏转方向相反的两个相邻数字的插孔，将插头孔，将插头C C插在数字小的插孔上，然后向右插在数字小的插孔上，然后向右移动触头移动触头D D ，点按式点按式接触接触D D ，直到，直到P P的指针指的指针指零。接通零。接通S3 ，稍微调节触头，稍微调节触头D D的位置，当的位置，当P P的指的指针不偏转时针不偏转时(灵敏度取较高的档位灵敏度取较高的档位)，记录，记录CDCD间间电阻丝的长度电阻丝的长度Lx 。3测测xL【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】重复测量重复测量5次次 单位：单位：m 表测量长度表测量长度Ls、Lx【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】12345平均值Ls Lx 计算不确定度（不计B类不确定度）45)(78.251iSSLLLLStUSS45)(78.251iXXLLLLStUXXinstEUUS计算平均值计算平均值xSSxLLEE【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】估算不确定度，写出结果表达式。估算不确定度，写出结果表达式。(1)EX不确定度 222XLSLSErELULUEUUXSSXXXrEXEUEU【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】(2)写出结果表达式 XEXXUEE%100XErEEUUXXSLSSUEL%100SLrLLUUSSXLXXUEL%100XLrLLUUXXinstSSUEEu 工作电源工作电源E、标准电池、标准电池ES和待测电池和待测电池Ex一定要一定要正极对正极、负极对负极；正极对正极、负极对负极；u 实验中禁止使滑动触头实验中禁止使滑动触头D在电阻丝上滑动着找在电阻丝上滑动着找平衡点，以免磨损电阻丝，而是采用跃按方式；平衡点，以免磨损电阻丝，而是采用跃按方式；u正确使用检流计；正确使用检流计；u标准电池内装有玻璃容器，容器内盛有化学液标准电池内装有玻璃容器，容器内盛有化学液体，要防止震动和摔坏，不可倒置。体，要防止震动和摔坏，不可倒置。【注意事项】【注意事项】1 1调节电位差计达到补偿状态的必要条件是调节电位差计达到补偿状态的必要条件是什么？（提示：什么？（提示：E E与与E ES S、E Ex x之间的极性有什么之间的极性有什么要求？）要求？）2 2电位差计在使用前为什么要进行校准？如电位差计在使用前为什么要进行校准？如何进行校准？何进行校准？3 3在用线式电位差计测量未知电动势时，电在用线式电位差计测量未知电动势时，电路接通后，检流计只向一个方向偏转，无法达路接通后，检流计只向一个方向偏转，无法达到补偿，分析此故障的原因，并提出排除故障到补偿，分析此故障的原因，并提出排除故障的方法。的方法。【思考题】【思考题】