用电位差计测量电池的电动势.ppt
大学物理实验 用电位差计测量电池的电动势,北京工业大学 王吉有,内容介绍,一，引言二，实验目的三，实验原理四，实验仪器五，实验步骤六,实验数据记录和处理处理七，注意事项八，思考题九，相关知识,一、引言,直流电位差计就是用比较法测量电位差的一种仪器。它的工作原理与电桥测量电阻一样，是电位比较法。其中板式电位差计的原理直观性较强，有一定的测量精度，便于学习和掌握，而箱式电位差计是测量电位差的专用仪器，使用方便，测量精度高，稳定性好。此外，由于许多电学量都可变为电压的测量，因此电位差计除了电位测量之外还可测量电流、电阻等其它量。,电位差计是精密测量中应用得最广的仪器之一，不但用来精确测量电动势、电压，还可以测量所有可以变换为电压的物理量，如：电流和电阻、温度、压力、位移和速度等，还可用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表。在非电参量的电测法中也占有重要地位。本实验就是利用补偿法的电位差计测量电阻的阻值。,二、实验目的,1掌握补偿法测电动势的原理和方法。2测量干电池的电动势和内阻。,三、实验原理,1，问题的提出：若将电压表并联到电池两端（图1）就有电流I通过电池内部，由于电池有内电阻r，在电池内部不可避免地存在电位降落Ir，因而电压表的指示值只是电池两端电压VEXIr的大小。,显然，只有当I0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。,使某一电流I通过电阻ab，由于在adE0a回路中ad段的电位差与E0的方向相反，只要工作电池的电动势E大于标准电池的电动势E0，滑动点就可以找到平衡点（G中无电流时对应的点）此时ad段的电位即为E0，因而其它各段的电位差就为已知，然后再用这已知电位差与待测量相比较。,只要r2r1和E0为已知，即可求得EX的值。同理，若要测任意电路两点间的电位差，只需将待测两点接入电路代替EX即可测出。,直流电位差计的基本原理图，可分为两部分：第一部分为工作回路，由直流稳压电源E，可变限流电阻RP和精密电阻RMN串联成一个闭合回路。第二部分是测量回路，由检流计G、标准电池EN、开关K和在RMN上可变接触点a、b组成。,（1）“校准”。将图中开关K合向标准电池EN侧，调节a、b接点使其为一预定阻值Rab，调节RP使检流计G指零，显然有I=EN/Rab（5.71）其中EN的电势值已知，Rab可从电阻RMN上读出，因此，这一步骤的目的是使工作回路中的RMN内流过一个已知的“标准”电流I。,（2）“测量”。将开关合向待测电势EX一侧，保持I不便，调节a、b接点之间电阻使检流计指零。如果这时读出的电阻值为RX（图中虚线部分），则有 EX=IRX=ENRX/Rab（5.72）乘积IRX是测量回路中一段电阻上的分压，叫作补偿电压。,四、实验仪器,五、实验步骤,1、按图3连接线电路，注意EN和EX的极性不要接错。补偿回路中的K3是一个保护开关组，以保护检流计。RP用电阻箱连接。检流计、电阻箱和标准电池的使用参看本章的“电磁学实验须知”。,2、用万用表粗测干电池的端电压；由标准电池上的温度计查出室温t及该温度下的标准电动势。根据粗测值和标准电势选取电源电压E数值；确定电位差计量程（即EN/LN），原则是EEN和EX；十一米长电阻丝总的电压也要大于EN和EX。例如：EX粗测值为1.5V，EN在20时的电势值为1.01862V，E可以选取3V。量程可以定为0.2000V/m（EN/LN=0.2000伏/米），从量程可以算出十一米电阻丝上的总压降为2.2000V，这时RP大约在几十欧左右。,3、根据量程和标准电池的电势值计算出校准时LN的长度。如上述例子中LN=1.01862/0.2000=5.0931m。,4、校准电位差计。接通电源E，K2合向EN，将a、b之间的距离准确地定在LN的长度上，接通检流计，调整电阻箱RP使检流计指零。这时LN的长度上的电势正好等于标准电池的电势，也确定了电阻丝单位长度上的电势值。注意保护开关组K3在调整RP时，要按粗、中、细顺序转换。,5、测量。根据EX粗测值及公式（3）估算出LX的长度，将a、b之间距离调整到LX的长度上，将K2合向EX，接通检流计，再仔细调整LX的长度使检流计指零，记下LX的长度，此时LX长度上的电势正好等于EX的电势值。利用公式（3）可精确的得到EX的电势值。,六、实验数据记录和处理处理,1、按下列表格记录有关数据。2、由测量的数据，利用公式（3）计算被测干电池的电动势EX。3、计算测量结果的不确定度，写出结果表达式。4、给出误差分析。,有关公式如下：,七、注意事项：,，按回路法连接线路，不容易出错；，检流计指针的固定开关要打开，点击要按下才能接通。，测量时主回路的测量点的高电位要和测量回路中被测电阻电压的高电位相连接。,，测量时，保护开关先放在粗调，找到平衡点后，再合到细调，重新找到平衡点。，重复测量的含义：左右滑动触点到检流计开始左右偏转的位置，记录这些左右点的位置。,八、思考题,1、为什么校准时先要查出EN值，计算出LN值并预置在电阻丝上a、b之间？2、“校准”或“测量”时发现检流计指针总朝一个方向偏转，这可能有哪几种原因？，测量时检流计指针不偏转的原因？，如何重复测量6实验数据？,九、相关知识,用电位差计测量未知电动势（电压），就是将未知电压与电位差计上的已知电压相比较，这时被测的未知电压回路无电流，测量的结果仅仅依赖于准确度极高的标准电池（具体等级），标准电阻以及高灵敏度的检流计。电位差计的测量准确度可达到0.0001%。另外，市面上销售的便携式电位差计。,电位差计是精密测量中应用得最广的仪器之一，不但用来精确测量电动势、电压，还可以测量所有可以变换为电压的物理量，如：电流和电阻、温度、压力、位移和速度等，还可用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表。在非电参量的电测法中也占有重要地位。本实验就是利用补偿法的电位差计测量电阻的阻值。,
