电位差计(导书)

上海电力学院

物理实验指导书

所属课程：大学物理实验

实验名称：用电位差计测量电动势面向专业：全院理工科

实验室名称：物理实验室

2006年2 月

一、实验目的：

1、掌握电位差计的工作原理和结构特点。

2、学习使用线式电位差计测量电动势。

二、实验仪器、设备：

名称型号、规格备注十一线滑线式电位差计--- 上海胜新电器厂

检流计J0409 浙江温州广明电表厂

电阻器上海电表厂

双刀双掷开关--- ---

标准电池+20℃上海精密科学仪器厂

待测电源5号电池---

直流稳压电源XJ17233L 上海无线电21厂

三、原理摘要——测量公式、测量电路图、光路图或其它示意图：

若将电压表并联到电池两端（图1），就有电流I通过电池的内部。由于电池有内电阻r在电池内部不可避免的存在电位降落Ir，因而电压表的指示值只是电池端电压V= Ex-Ir的大小。显然，只有当I=0时，电池两端的电压V才等于电

动势Ex。

怎样才能使电池内部没有电流通过而又能测定电池

的电动势EX呢？这就需要采用补偿法。

如图2所示，接通K1后，有电流I通过电阻丝AB，

并在电阻丝上产生电压降落IR。如果再接通K2，可能出

现三种情况：

（1）当E x>V CD时，G中有自右向左流动的电流（指针偏向一侧）。

（2）当E x

（3）当E x=V CD时，G中无电流，指针不偏转。我们将这种情况称为电位差计处于补偿状态，或者是说待测电路得到了补偿。

图2 电位差计原理图图3 箱式电位差计原理图

图1电压表测量电池的端电压

在补偿状态时，E x=IR CD。设每单位长度电阻丝的电阻为r0，CD段电阻丝的长度为L X，于是

E X=Ir0L X (1)

将可变电阻R n的滑动端固定，即保持工作电流I不变，再用一个电动势为E s的标准电池替换图2中的E x，适当地将C、D的位置调至C’、D’，同样可使检流计G的指针不偏转，达到补偿状态。设这时C’、D’段电阻丝的长度为L s，则

E s=Ir C’D’=Ir0L s (2)

将式（1）和（2）相比得到

Ex=Es·Lx/Ls (3)

式（3）表明，待测电阻的电动势E x可用标准电池的电动势E s和在同一工作电流下电位差计处于补偿状态时测得的L x和L s来确定。

用线式电位差计测电池的电动势的装置

1、线式电位差计

线式电位差计具有结构简单、直观、便于

分析讨论等优点，而且测量结果亦较准确。具体

结构见图4。图中的电阻丝AB长11米。往复

绕在木板的十一个接线插孔0、1、2、……、10

上，每两个插孔间电阻丝长为1米。插头C可

选插在插孔0、1、……10中任一个位置。电阻

丝B0旁边附有带毫米刻度的米尺，接头D在它

上面滑动。插头AB间的电阻丝长度可在0～11

间连续变化。Rn为可变电阻，用来调节工作电

图4 线式电位差计实验线路

流。双级转换开关K2用来选择接通标准电池Es或待测电池Ex。电阻R是用来保护标准电池和检流计的。在电位差计处于补偿状态进行读数时，必须关闭K3，使电阻R短路，以提高测量的灵敏度。

2、标准电池

这是一种用来作电动势标准的原电池。

由于内电阻高，在充放电情况下会极化，不能用它来供电。当温度恒定时，它的电动势恒定。在不同的温度（0～＋40℃）时，标准电池的电动势Es(t)要按下述公式换算Es(t)=Es(20)－39.94×10-6(t－20)－0.929×10-6(t－20)2+0.0090×10-6(t－20)-3伏

其中Es(20)是＋20℃时的标准电池电动势，其值应根据所用标准电池的型号确定。

使用标准电池时要注意：

（1）必须在温度波动小的条件下保存。应远离太阳光直射。

（2）正负级不能接错。通入或取自标准电池的电流不应大于10-5～10-6安。不允许将两电极短路连接或用电压表去测它的电动势。

（3）标准电池是装有化学物质溶液的玻璃容器，要防止振动或摔坏。一般不可倒置。在容器内加了微孔塞片的标准电池可防止倒置而损坏（具体情况要看标准电池外壳的说明）。

四、实验内容与步骤：

用线式电位差计测电池的电动势

1、按图4连接电路，注意（E 、E S 、Ex 的正负极的接法），移动A 、B 的位置，使检流计中没有电流通过，此时AB 间电阻线上电位差Vs 等于被测电动势Ex ，量得AB 间的长度L X ，则有E X =V O *L X 。

2、工作电流标准化

工作电流标准化，调整Rp ，改变通过电阻线AB 上的电流，使电阻线上单位长度间的电位差为事先规定的数值。

(1)首先设定电阻线上的单位长度间的电位差Vo ，为计算方便，在本实验中，取工作电流标准化Vo=0.2000伏/米。

(2)确定Ls ；记下室温t ，换算出在此温度下标准电池的电动势Es(t)，调节m 、n 两或活动点，使AB 之间的长度为Ls= Es(t)/V 0米。

(3)断开K 3，在保护电阻起作用的情况下，接通电源Ea,把双刀开关K 2合向标准电池一方，调节电阻箱Rn,使检流计指针基本指在“0”位置，（这一步称为粗调），然后把K 3合上，使保护电阻短路，此时发现检流计指针有偏转，调节Ro,使检流计指针在“0”位置，这时无电流通过检流计（这一步称为细调），此时，电阻线上单位长度间的电位差Vo=0.20000伏/米。

3、测量Ex

把K 3断开，接上保护电阻，把K 3合向Ex 一方，移动A 、B 两点，使检流计指针基本上指在“0”位置，然后合下K 3，使保护电阻短路，移动n 端，使检流计指针在“0”位置，此时无电流通过检流计，记录A 、B 之间的长度Ls 。

4、重复内容2、3三次，得三个Lx 数据Lx(1)、Lx(2)、Lx(3)。由这三个数据分别求得 Ex(1)=V oLx(1)、Ex(2)=V oLx(2)、Ex(3)=VoLx(3)。

5、求Ex=

3

)

3()2()1(Ex Ex Ex ++

6、求标准误差、写出最后结果。

五、实验数据记录：

六、数据处理：

Ex=Vo Lx =0.20000×7.5320=1.5064 (V) σ(Ls) = 0.001 m

σ(Lx) =1

3)5320.75322.7()5320.75318.7()5320.75320.7(2

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