大学物理设计性实验设计性实验报告

大学物理实验设计性实

验

--电位差计测金属丝电

阻率

姓名：马野

班级：土木0944

学号： 0905411418

指导教师：曹艳玲

实验地点：大学物理实验教学中心

【实验目的】

1. 了解电位差计的结构，正确使用电位差计；

2掌握电位差的工作原理—补偿原理。 3能用电位差计校准电表和电阻率的测定。

4学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。

【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E 0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E 0的内阻为r 0；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E 0使E 0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

R

R r r E E I g x x

+++-=

00

图1 补偿原理 x

偿的情况下，若已知E 0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E 0可调，而且E 0的最大值E 0max ＞Ex ，此外E 0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，E 0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R 1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I 0，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E 0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E S ，由E S 、限流电阻R 2、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 =R S ，调节R 1（即调节I 0），总可以使校准回路的电流为零，即R S 上的电压降与E S 之间的电位差为零，达到补偿。

图2 电位差计原理图

x

由欧姆定律可知：

（2）

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R 2、检流计G 和R BC’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R BC’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R BC’=R x ，于是有

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；E S 是标准电池；R S 是标准电阻；G 是检流计。

当把开关 K 掷向 aa 端时，标准电池 E S 所在回路接通，调节工作回

S 00S R I R I E BC

==即 S

S

0R E I =

x

BC x

R I R I E 0

'

==可推导S S

E R R E x x

=图3 UJ-36a 型电位差计电路图

路中的电阻 R p ，即改变通过标准电阻R S 及RAB 的电流，直至检流计G 的指针指零，此时 利用公式

【实验仪器】

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

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

mV

.V 1171-μ(1K 置1⨯档)或

用mV V 17110-μ（1K 置10⨯档）。使V

V 4.6~7.5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1p R （粗调）、2p R （中调）和3p R （细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。n R 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n R ，使工作电流保持不变。x R 被分成Ⅰ（1⨯）、Ⅱ（1.0⨯）和Ⅲ（001.0⨯）三个电阻转盘，并在转盘上标出对应x R 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

图5.8.2 UJ31型电位差计面板图

+

-

-++-

+

-标准

检流计 5.7-6.4V 未知1

未知2

K 1

R P2

R P3

R P1

R n

K 2

I

II

III

1.01×10

×1

未知1

未知2

标准断断粗

中

细

×1

×0.1

×0.001

粗细短路

Us

Rs Ux Rx /*=