实验十一线式直流电位差计.ppt

江苏大学物理实验中心,实验十一线式直流电位差计,江苏大学物理实验中心,实验目的,1了解补偿法测量原理；2了解电位差计的结构、工作原理；3掌握线式电位差计测量电池电动势和电位差的方法；4.学会使用线式电位差计测量电阻。,江苏大学物理实验中心,实验原理,在图1的电路中，设E0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E0的内阻为r0；Ex的内阻为rx。根据欧姆定律，回路的总电流为：,(1),江苏大学物理实验中心,实验原理,如果我们调节E0使E0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。在电位补偿的情况下，若已知E0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E0可调，而且E0的最大值E0maxEx，此外E0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，E0是用一个稳定性好的直流稳压电源加上精密电阻接成的分压器来代替的，如图2所示。,江苏大学物理实验中心,实验原理,原理图,江苏大学物理实验中心,实验原理,图2中，由电源E、限流电阻Rp以及均匀电阻丝RAB构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I0，并在电阻RAB上产生均匀的电压降。改变C、D之间的距离，可以从中引出大小连续变化的电压来，起到了与图1中E0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K2倒向上端，接入标准电池En，由En、检流计G和RCD构成的回路称为校准回路。把C、D固定在适当的位置（如图中的位置），调节Rp（即调节I0），总可以使校准回路的电流为零，即RCD上的电压降与En之间的电位差为零，达到补偿。,江苏大学物理实验中心,实验原理,由欧姆定律可知：,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，把换接开关投向下端，接入待测电池Ex。由Ex、检流计G和RCD构成了测量回路。调节CD之间的距离，总可以找到另一位置CD，使测量回路的电流为零，即RCD上的电压降和Ex之间的电位差为零，测量回路达到补偿。于是有,以上这种调节补偿的方法，叫做“定流变阻”调节法,(2),(3),江苏大学物理实验中心,即,由式(2)、（3），得,（4）,令,得,上式中Ln、Lx分别为电阻RCD、RCD对应的电阻丝长度。V0表示电阻丝单位长度上的电压降，单位为V/m。,（5）,实验原理,江苏大学物理实验中心,实验原理,（5）式中V0的大小决定了线式电位差计的量程，可根据实际测量值取较接近的量程，以减小误差。本实验取V00.30000V/m，则标准化电阻丝长度为：,由上述原理可知，电位差计是通过先后二次补偿，比较相应的电阻丝长度来获得测量结果的，这种方法又叫比较法,则,江苏大学物理实验中心,用电位差计测量电动势(电压)的优点,检流计G只作指零仪器，消除了利用偏转指示所产生的系统误差。用伏特计测量电池电动势时，必定有电流流过伏特计，因此伏特计测得的是电源的端电压，而不是电源的电动势。用电位差计测量时，电位补偿原理决定了测量回路中无电流流过，故测量结果就是电源的电动势。电位差计在测量时，工作电流I0一经调定就不能再动，因此I0保持为一常数。电动势的测量误差仅取决于电阻丝和标准电池的误差。只要电阻丝的电阻和标准电池能保证高度准确，电位差计的测量准确度就可以很高。,江苏大学物理实验中心,实验内容及步骤,1.按回路接线 2.电位差计工作电流标准化（选取Ln=En（t）/0.30000m）3.测量待测电池电动势，采用左右逼近法，取平均值 Lx（Lx1+Lx2）/2 4.数据处理，实验结果用标准形式表示。5.误差与故障分析,江苏大学物理实验中心,仪器介绍,11线电位差计、变阻器、检流计，稳压电源、开关、标准电池、待测电池等。,标准电池 标准电池En用作电动势的参考标准，稳定性好，结构简单，但温度系数大，易碎，不可作为电源使用。,标准电池温度修正工式：,使用标准电池时应注意：1.标准电池输入、输出最大瞬时电流不宜超过1微安。因此不允许用电压表去测量标准电池两端的电压，更不能使标准电池短路。2.标准电池不允许振动，摇晃，倒置或倾斜。,江苏大学物理实验中心,思考题,1、电位差计测量电动势应用什么原理？2、用箱式电位差计测量电位差时，无论调到什么位置，检流计指针总是无法指零，而往一边偏，试分析有哪些原因？3、在使用标准电池时，要注意什么问题？4、本实验用的电位差计的量程是多少？5、简述电位差计中的补偿原理，并根据伏安法运用这一原理测量电阻，画出线路图。,