电位差计校准电表和测电阻率

大学物理实验报告

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机电学院

【实验目的】

1.理解电位差计的工作原理，掌握电位差计的使用方法。

2.能用电位差计测定电阻率。

3.学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。

4.掌握使用电位差计校准电表的方法。

5.掌握电位差计的工作原理及使用方法。

【试验仪器】

UJ-31型直流低电势电位差计、A219型直流检流计、BC9а型饱和标准电池、游标卡尺、螺旋测微器、干电池盒（带干电池）、导线、带测电阻丝、电阻实验板等。毫伏表，滑线变阻器，电阻箱，直流稳压电源等。

【实验原理】

1.补偿法测电动势用电压表测量电源电动势EX，其实测量结果是端电压，不是电动势。因为将电压表并联到电源两端，就有电流I通过电源的内部。由于电源有内阻r，在电源内部不可避免地存在电位降I r，因而电压表的指示值只是电源端电压（U =EX -I r）的大小，它小于电动势。显然，只有当I=0时，电源的端电压U才等于电动势EX。

在图1所示的电路中，EX是待测电源。0E是电动势可调的电源，EX与0E 通过检流计并联在一起。调节0E的大小，当检流计不偏转，即电路中没有电流时，两个电源的电动势大小相等，互为补偿，即EX =0E，电路达到平衡。若已知平衡状态下0E的大小，就可以确定EX，这种测定电源电动势的方法，叫做补偿法。

2．电位差计原理电位差计就是应用补偿法的原理将待测电动势与标准电势进行比较而进行测量的。其原理如图2.7.2所示，它由两个回路组成，上部ERBAE 为工作回路，下部为补偿回路。当有一恒定的工作电流I流过电阻R时，改变滑动头C、D的位置，就能改变C、D间的电位差VCD的大小，测量时把滑动头C、D两端的电压VCD引出与未知电动势进行比较。为了使R中流过的电流是工作电流I，先将开关K接通DGENCD回路，根据标准电势EN的大小，选定C、D间的电阻为RN ，使：

调节R改变工作回路中的电流，当检流计指零时，RN上的电位降恰与标准电势EN相等。由于EN和RN都已知，这时工作回路中的电流就被准确地校准到所需要的I值，即：

测量时把开关K倒向xDGECDⅱ回路，只要EX≤IRXmax，（RXmaxCD′′间的电阻最大值）为总可以滑动CD′′’使检流计再度指零，这时CD′′间的电位差恰和待测电动势EX相等。设CD′′间的电阻为RX，可得待测电动势：

图2电位差计原理图

由（3）式中可以看出，应用补偿法测量电位差有以下优点：

（一）被测电动势EX的测量，只要测得RX与RN之比即可。测量结果之准确性是依赖于标准电池的电动势及测量回路电阻的精度，由于标准电池及电阻一般可得较高之准确性,在应用恰当灵敏率的检流计条件下，能保证测量精度。

（二）当完全补偿时，测量线路与被测线路无电流通过，故被测线路电动势不因接入测量电路而变化。同理，如果要测量任一电路两点间的电位差，只要将待测两点接入补偿回路代替EX，即可测出。UJ-31型面板如图3所示，工作原理对应部分说明如下表格所示：

图3 UJ-31型电位差计面板示意图

3.电阻率的计算电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。将一已知阻值电阻（用标准电阻或电阻箱）与待测电阻丝串联，并使它们流过一问横的直流电流。用电位差计分别测出电阻和电阻丝两端的电压，便可算出待测电阻丝的阻值。再根据公式：

（4）用相应的仪器测出L、S，即可算出电阻率：

电表经长期使用和保存，各元件参数就会发生变化（如电阻老化，磁性减弱，金属部分锈蚀等），转动部分（主要是轴尖和轴承）会发生磨损。如果保存条件不善（如受潮），使用不当（如过负荷，运输受震等）都会损坏电表特性。其准确度将降低，特别是在刻度读数产生相当大的偏差的情况下，实际上就不合使用要求，因此，对电表必须进行定期检查，对误差大者要及时检修，对误差小者可以校准后使用。在实验室通常用箱式电位差计来加以校准，而作出校准曲线（见电表改装实验），以消除误差。电位差计根据补偿法原理制成。箱式电位差计的电路如图4－9－1所示，与板式电位差计的原理电路（见用电位差计测量电池的电动势和内阻）略有不同。

调节RP阻值，当工作电流I在RN上产生电压降等于标准电池电动势EN时，如开关K打入右边，检流计便指零，此时工作电流便准确地等于3mA。上述步骤称为对“标准”。

测量时，调节已知的电阻R，使其工作电流3mA产生的电压降等于被测值VX ＝IR，

如果开关打入左边，检流计指零。从而可由已知的R阻值大小来反映VX数值。仪器描述

1．面板介绍

本实验所用UJ33a电位差计是一种便携式电位差计，所需工作电源和标准电池均装在箱内，无须外接，其面板配置如图4－9－2所示。各部分名称如下：①未知测量接线柱；②倍率开关；③检流计调零；④“测量一输出”开关；⑤扳键开关；

⑥工作电流调节变阻器（粗、微）；⑦步进盘；⑧滑线盘；⑨晶体管放大检流计。

2．使用方法

（1）测量未知电压VX

倍率开关从“断”旋到所需倍率，此时电源接通，2分钟后调节“调零”旋钮，使检流计指针示值为零。被测电压（势）按极性接入“未知”端钮，“测量—输出”开关放于“测量”位置，扳键开关扳向“标准”，调节“粗”、“微”旋钮，直到检流计指零。扳键开关扳向“未知”，调节Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测量盘，使检流计指零，被测电压（势）为测量盘读数与倍率乘积。测量过程中，随着电池消耗，工作电流变化。所以连续使用时经常核对“标准”，使测量精确。

（2）作讯号输出

按上述步骤，在对好“标准”后，将“测量—输出”开关旋到“输出”位置（即检流计短路）。选择“倍率”及调节Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ测量盘，扳键放在“未知”位置，此时“未知”端钮二端输出电压值即为倍率与测量示值的乘积。使用完毕，“倍率”开关放“断”位置，以免二组内附干电池无谓放电。若长期不使用，将干电池取出。