大学物理设计性实验-表头参数的测定1

评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：班级：
姓名：学号：
指导教师：
表头参数的测定
实验目的
1.了解箱式电位差计的工作原理和结构特点。

2.测量表头的三个重要的参数:内阻Rg,满偏电流（量程）Ig,等级a。

3.学会使用箱式电位差计以及用电位差计测量表头的参数。

4.测出校准数据，画出校准曲线。

实验仪器
UJ36a 箱式电位差计、标准电池、稳压电源、电阻箱、标准电阻、待测表头。

实验原理及内容
1．电位差计的原理及结构电位差计根据补偿法原理制成。

补偿原理：利用补偿原理所构成的仪器，称为电位差计。

电位差计原理如图 1 所示，它由两个回路组成。

电源E、可调电阻R、电阻
R ab 、开关K1, 把K 拨向E0端，调节R，以改变辅助回路的电
流。

当检流计指零时，电阻R CD = R S，两端的电位差恰与外补偿回路中标准电池的电动势相等，即E S=I 0R S，此时称电路达到补偿。

电流I 0 称为已标准化的电流，工作电流标准化后，紧接着把K 拨向E X端，改变滑动触头C、D位置到C'、D'，使检流计又一次指零，这时C'、D'间电位差恰和待测电动势相等。

设C'、
D'间的电阻为R X，则未知电动势
2. 用电位差计测表头的内阻R g
利用串联电阻分压原理，将标准电阻Rs 和待测表头串联，分别测出标准
如图 2 所示
图2
3. 用箱式电位差计校正电压表用箱式电位差计校正电压表用箱式电
位差计校正电压表，如图 4 所示．由于电位差计量程很小，一般不能直接与待校表测量同一电压值，而是将两个相差较大的标准电阻R10和R20串联起来，电位差计只测量较小电阻R20 上两端电压。

就可以计算出电压表两端电压。

例如，若R 20= nR10 ，(本实验取n=100)。

电位差计平衡时，读数为U S ，则电压表两端电压的电压为U S (n 1)U S 。

对应的电压表读数作为的U X ，将各个U S值相应的U X值比较，得到电表各示值的误差△ U =Us-Ux,以U X值为横轴，以指示值的误差△ U为纵轴
作校正曲线，并确定被标准校表的级别。

U100%
量程
电阻和待测表头两端的电压
R S。

Us,Ug，根
据S
可得R g=U g U
2．校正电压表 倍率：___X1 标准电阻取值：R10:_10_ Ω R20:_990__ Ω
图4
表头量程的测量
将标准电阻 R S ，电阻箱，表头串联，调节电阻箱使表头达到满偏时 用电位差计测出标准电阻两端的电压 U s 后可得表头的量程为
I g =U s / R s 。

如图 5所示。

实验步骤
1. 用电位差计测电流表的内阻 ①按图接好实验电路（注意电位差计的极
性） ，将电位差计倍率开关选择 1，将电键开关打向“标准” ，调节工作电流调节电阻，使检流计的指针 指在中央 0 刻度处。

② 将转换开关打到“未
知” ，合上开关 K 1，调节步进读数盘和滑线读数盘 使检流计再次指向中央零刻度处，记录下步进盘读数 A 1 和滑线盘读数
B 1.
③ 将电位差计接至待测表头两端， 闭合开关 K1, 重新调节步进读数盘和滑 线读数盘使检流计再次指零， 记录下步进盘的读数 A 2 和滑线盘读数 B 2. ④ 根据电位差计的读数原理可得，标准电阻两端的电压 U s =A 1+B 1, 表头 G
图 3
两端的电压U g= A2+B2, 则根据内阻计
算公式阻R g =( A2+B2)*Rs/(A1+B1)
2 用电位差计校正电压表
(1) 按图 4 连接好电路，标准电阻 R10和 R20取适当的值 (本实验取 R10,R20 分别为
10 欧姆.990 欧姆) ，差值应较大，比值为 1：99。

串联起来， R10两端接在电位差计的“未知”接线柱
上。

(2) 校准电位差计的工作电流。

将电位差计的电键开关打到“未知” ，将倍率开关打到 1.调节滑线变
阻器使电压表的值依次为0.30V，0.60V，0.90V ，1.20V，1.50V，1.80V，
2.10V，2.40V，2.70V，
3.00V 同时记下相应的R20的端电压，再调节滑
线变阻器使电压表的值依次为 3.00V，2.70V,2.40V ，2.10V，1.80V ，
1.50V， 1.20V，0.90V,0.60V,0.30V ，记下R20的端电压。

(3) 根据R20的端电压计算出R10和R20两端的电压，并与电压表的读数进行
比较，计算出该电压表的等级度并做出校正曲线。

3 表头量程的测量
(1)按图连接好实验电路，将电位差计倍率开关选择1，将电键开
关打向“标准”，调节工作电流调节电阻，使检流计的指针指在中
央0 刻度处。

(2)合上开关，调节变阻箱和电源，使表头指针达到满偏(即电流为最
大)。

将电位差计的电键打到“未知” ，调节步进读数盘和滑线读
数盘使检流计的指针指零，记录下读数Is 。

(3)流过标准电阻的电流即为表头的最大电流即表头的量程，即
I g =Is/R S
实验原始数据纪录表
1．表头内阻的测定倍率:X1 标准电阻取值Rs:100 Ω
测量
次数
1 2 3 4 5
电位差计的表盘读数Us(1) Ug(1) Us(2) Ug(2) Us(3) Ug(3) Us(4) Ug(4) Us(5) Ug(5) 100.30 156.30 82.90 129.91 59.45 92.92 45.95 71.60 15.00 23.46
RS可得求得
内
2．校正电压表 倍率：___X1 标准电阻取值：R10:_10_ Ω R20:_990__ Ω
3. 表头量程的测量 倍率： X1
实验结果： 内阻： Rg= ___________
量程： Ig= ___________ 等级： a= ____________
数据处理
1.内阻的计算：
Rg1=(156.30×100)÷100.30≈158.82 Ω 同理： Rg2≈ 156.71 Ω Rg4 ≈155.82 Ω
Rg3≈ 156.30 Ω Rg5
≈156.40 Ω
1
i 5 Rg Rgi Rg1 Rg2 Rg3
Rg4
Rg5 158.82 156.71 156.30 155.82 156.40
根据公式： Rg=(Ug.Rs)/Us 可得：
5 i 5 5 156.81
A 类不确定度计算：
210
(158.82156.821)(156.7156.821)(155.82156.821)(156.30156.821)(156.40156.821)
≈ 0.52 Ω 量程：
待校表各点的平均值计算：
U
0.60 5.85 mV U
0.90
8.99 mV U
1.20
12.08 mV U
1.50 15.35 mV U 1.80
18.05 mV U
2.10 21.38 mV U
2.40 24.48 mV
U
2.70
27.60 mV
U
3.00
30.13 mV
R10 和 R20 两端电压之和 Us ：
根据公式 Us= (n+1) U N
（其中 n= R 20 990 =99)
R 10 =
10
则：
Us 0.30
(99 1) 2.675
267.5 mV 0.2675V
Us
0.60 0.585V
Us
0.90
0.899 V
Us 1.20 1.208 V Us
1.50
1.535V
Us
1.80 1.805V
Us
2.10
2.138V
Us 2.40 2.448V
Us
2.70
2.760V
Us
3.00
3.013V
又 △U=|Us-Ux| 所以： U 0.30 | 0.30 0.2675 | 0.033V
5
5 (1
5-1) i 1
(Rgi-Rg)2
总不确定度： U Rg
0.52
U r
U
Rg
0.52 Rg
156.81
100% 0.33%
Ig 1
Ug 1 Rs 198.90 200
0.9945 mA 同理：
Ig 2 0.9965 mA Ig 3 0.99725 mA Ig 4 0.99475 mA
Ig 5 0.99675 mA
Ig
1 5
1
Ig i
5 i 1
i
5
(0.9945 0.9965
0.99725
0.99475
0.99675) 1.00 mA
U
0.30
U
0.3
2
U
0.3
2.70 2.65
2.675
mV 同理可得：
U0.60 | 0.60 0.585 | 0.015V 同理可得：U0.90 0.001V
U1.20
0.008
V U1.50 0.035V U1.80 0.005V U2.10 0.038V
U2.40
0.048V U2.70 0.060V U3.00 0.013V
以 Ux 为横轴，△U 为纵轴，画出此电表的校准曲线：如图（6）电表等级计算：
0.060
a 100% 2.0%（等级为 2.5）
3.00
实验结果：内阻 Rg=156.81 0.52 Ur=0.33% P=0.68
量程 Ig= 1.000 mA
电表等级： a=2.5
心得体会：
实验前，应积极了解各实验仪器的详细操作。

电位差计应先调零。

在实验中应充分注意分压所用的标准电阻的取值（或之间的比例），所用电位差计应严格按照实验中所需进行严格的操作。

同时做好纪录。