大学物理实验教案(用电位差计测电池电动势)

大学物理实验教案实验项目用电势差计测电池电动势

教学目的1．了解补偿法的工作原理；

2．了解标准电池的作用及使用方法；

3．掌握线式和箱式电位差计的工作原理和使用方法。

实验原理

假如将一个电动势可以任意调节的电源E o和待测电池E x按图1所示的线路连接(注意E o和E x要“同向”)。根据欧姆定律，回路中的电流为

x

x g

E E

I

r r R

-

=

++

式中

r、

x

r、

g

R分别为E o、E x、检流计(G)的内电阻，如果

0x

E E

≠，则I≠0，检流计(G)的指针将发生偏转。适当调节电源E o的数值，使回路里的I=0，即检流计(G)中无电流通过。那么E o和E x一定大小相等，方向相反，此时称电路的电位得到了补偿。

图1

在补偿条件下，如果E o为已知，则E x就可以求得。这种测电动势(或电压)的方法称为补偿法。据此原理构成的测量电动势(或电压)的仪器叫做电位差计。可见，构成电位差计一定需要一个E o，而且要求E o满足两个条件：(1)大小容易调节，以便能够和E x补偿；(2)电压稳定，并能准确地读数。

图2所示的是实用电位差计的原理电路。电源E、限流电阻R p、标准电阻R ab串联成一闭合回路，称为工作回路。工作回路中的电流I0叫做工作电流，其大小可以通过调节R p来控制。当有稳定的工作电流I0流过工作回路。

则在电阻R ab上产生0~U ab(

ab ab

U I R)的电压降。在R ab上有两个滑动点C、

D，改变C、D的位置就能改变C、D间的电位差U CD的大小(

CD CD

U I R)。R CD是标准电阻R ab的一部分，其阻值可准确地知道。若工作电流I0也能准确知道，那么U CD就起到了图1中E0的作用。因此，用电位差计测量电动势(或电压)时，首先应对电位差计进行校准(把工作电流I0精确校准到所需要的数值)，然后再进行测量。

图2

教学重点与

难点重点：用电压补偿法进行相关物理量测量的基本原理和一般做法。难点：1. 线式电位差计的校准与电池电动势的测量；

2. 箱式电位差计的校准与电池电动势的测量。

实验内容提要1．电压得以补偿的特征；

2．线式电位差计电路的接线要点，校准和测量（粗调与细调）；3．箱式电位差计的接线要点，校准和测量（粗调与细调）。

测量与数据处理要求1.线式电位差计测量时读数的有效数字；

2.箱式电位差计测量时读数的有效数字；

3.测量结果不确定度的计算。

思考题1.稳压电源电动势、标准电池电动势、待测电池电动势的大小、方向在线

路连接和测量时有何要求？

2.能否在测出电池电动势后再测出电池内阻？需要添加何种器件？

参考资料《大学物理实验》——马靖马宋设施洋主编《大学物理实验指导》——丁道滢陈之前编《物理实验教程》——丁慎训张连芳主编《大学物理实验》——霍剑青吴泳华等主编

评分标准一、预习与操作评分标准（满分100分）

预习：(40分)

实验目的：5分；实验仪器：5分；

实验原理：20分。其中：文字叙述12分；主要公式3分；原理图5分；填空：共10分。

实验操作部分（60分）：

线式电位差计的校准20分。其中：线路连接10分，粗调、细调各5分；测量电动势10分。

箱式电位差计的校准20分。其中：线路连接10分，粗调、细调各5分；测量电动势10分。

二、报告的评分标准（满分100分）

表1：Rp值：5分；L cd值5分；L c‘d’值15分，E x值15分。共40分。表2：Rp值，α值各5分；A盘读数，B盘读数各10分；E值10分，ΔE 值10分；E x表达式10分。共60分