电位差计测金属丝电阻率.doc

一、 【实验目的】1. 初步了解电位差计的结构,并学会正确使用；2了解并掌握电位差的工作原理补偿原理。3能用电位差计进行电阻率的测定。4了解设计性实验的工作方法，培养独立工作的能力。5培养对物理实验的兴趣,为以后在物理上的发展打下基础。二、 【实验原理】 利用电位差计，通过补偿原理，来测定未知电阻和已知电阻两端的电压，利用分压原理，算出未知电阻的阻值，利用螺旋测微器和刻度尺测出电阻丝的长度和横截面积的直径，通过电阻率公式即可计算出电阻率。补偿原理在图1的电路中，设E0是电动势可调的标准电源，Ex是待测电池的电动势（或待测电压Ux），它们的正负极相对并接，在回路串联上一只检流计G，用来检测回路中有无电流通过。设E0的内阻为r0；Ex的内阻为rx。根据欧姆定律，回路的总电流为： 电位差原理如果我们调节E0使E0和Ex相等，由(1)式可知，此时I=0，回路无电流通过，即检流计指针不发生偏转。此时称电路的电位达到补偿。在电位补偿的情况下，若已知E0的大小，就可确定Ex的大小。这种测定电动势或电压的方法就叫做补偿法。 显然，用补偿法测定Ex，必须要求E0可调，而且E0的最大值E0maxEx，此外E0还要在整个测量过程中保持稳定，又能准确读数。在电位差计中，E0是用一个稳定性好的电池（E）加上精密电阻接成的分压器来代替的，如图2所示。图2中，由电源E、限流电阻R1以及均匀电阻丝RAD构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I0，并在电阻RAD上产生均匀的电压降。改变B、C之间的距离，可以从中引出大小连续变化的电压来，起到了与E0相似的作用。为了能够准确读出该电压的读数，使用一个标准电池进行校准。换接开关K倒向“1”端，接入标准电池ES，由ES、限流电阻R2、检流计G和RBC构成的回路称为校准回路。把B、C固定在适当的位置（如图中的位置），设RBC=RS，调节R1（即调节I0），总可以使校准回路的电流为零，即RS上的电压降与ES之间的电位差为零，达到补偿。由欧姆定律可知：即 这一过程叫做电位差计的校准，又称“工作电流的标准化”。测量Ex时，把换接开关投向“2”端，接入待测电池Ex。接入待测电池Ex，由Ex、限流电阻R2、检流计G和RBC构成了测量回路。调节BC之间的距离，总可以找到另一位置BC，使测量回路的电流为零，即RBC上的电压降和Ex之间的电位差为零，测量回路达到补偿。设此时RBC=Rx，于是有 可推导出出 以上这种调节补偿的方法，叫做“定流变阻”调节法。 UJ361型电位差计的工作原理如图3所示。图中Ex是待测电动势；ES是标准电池；RS是标准电阻；G是检流计。 当把开关 K 掷向 aa 端时，标准电池 ES 所在回路接通，调节工作回路中的电阻 Rp，即改变通过标准电阻RS及RAB的电流，直至检流计G的指针指零，此时利用公式 三、 【实验仪器及介绍】UJ31型电位差计、检流计、滑线变阻器、直流电阻箱、标准电池、待测电池、稳压电源、单刀开关、单刀（双刀）双掷开关、待测电阻、 螺旋测微器、 刻度尺、 导线若干等。 UJ31型电位差计图5.8.2 UJ31型电位差计面板图UJ31型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量范围为(置档)或（置档）。使用外接工作电源，标准电池和灵敏电流计均外接，其面板图如图5.8.2所示。调节工作电流（即校准）时分别调节（粗调）、（中调）和（细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过调节，使工作电流保持不变。被分成（）、（）和（）三个电阻转盘，并在转盘上标出对应的电压值，电位差计处于补偿状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作用是：按下“粗”铵钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时电流计的灵敏度降低；按下“细”按钮，保护电阻被短路，此时电流计的灵敏度提高。为标准电池和未知电动势的转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源和未知电动势由相应的接线柱外接。UJ31型电位差计的使用方法：（1）将置到“断”，置于“”档或“”档（视被测量值而定），分别接上标准电池、灵敏电流计、工作电源。被测电动势（或电压）接于“未知1”（或“未知2”）。(2)根据温度修正公式计算标准电池的电动势的值，调节的示值与其相等。将置“标准”档，按下 “粗”按钮，调节、和，使灵敏电流计指针指零，再按下 “细”按钮，用和精确调节至灵敏电流计指针指零。此操作过程称为“校准”。(3) 将置“未知1”(或“未知2”)位置，按下“粗”按钮，调节读数转盘、使灵敏电流计指零，再按下 “细”按钮，精确调节读数转盘使灵敏电流计指零。读数转盘、和的示值乘以相应的倍率后相加，再乘以所用的倍率，即为被测电动势（或电压）。此操作过程称作“测量”。【注意事项】1.实验前熟悉UJ31型直流电位差计各旋钮、开关和接线端钮的作用。接线路时注意各电源及未知电压的极性。2检查并调整电表和电流计的零点，开始时电流计应置于其敏度最低档（0.01档），以后逐步提高灵敏度档次。3.检流计不能通过较大电流，因此，在C、D接入时，电键D按下的时间应尽量短。4.接线时，所有电池的正、负极不能接错，否则补偿回路不可能调到补偿状态。5标准电池应防止震动、倾斜等，通过的电流不允许大于，严禁用电压表直接测量它的端电压，实验时接通时间不宜过长；更不能短路。四、【实验内容与步骤】（1）取待测电阻丝，按照实验电路图连接电路。（2）电位差计的调零：先将K2打到标准，然后按下粗调旋钮，调节R1,R2,使电位差示数为零，然后弹起粗调旋钮，按下细调旋钮，调节R3, 使电位差示数重新调为零。（3）电压的测定：将K2打到未知1，读出此时已知电阻R1=10欧姆的电压示数U1,然后将K2打到未知2，读出此时未知电阻Rx两端的电压示数Ux，（4）重复步骤（2）（3）连续5次，总共测出6组数据，记录下来填入表格中。（5）其它数据的测定：用螺旋测微器测出电阻丝的直径D，并且连续测6次，将数据记录下来填入表格中。然后游标卡尺测量电阻丝的长度记为L，测量六次，也将记录下来填入表格中。五、【实验数据记录与处理】 测量数据记录表格Ux未知1电压（v）Us未知2电压（v）电阻丝直径（mm）L电阻丝长度（cm）未知电阻不确定度公式令电阻丝的直径不确定度计算 电阻丝电阻率不确定度计算