用电位差计测量电动势

1、可见，构成电位差计需要一个 Eo,abEx图 4.11-2图 4.11-1E和Ex (或Es)必须接4.11用电位差计测H电动势实验简介用电位差计测电压， 是将未知电压与电位差计上的一直流电压相比较。它不象伏特计那样需要从待测电路中分流， 因而不干扰待测电路，测量结果仅仅依赖准确度极高的标准电池、 标准电阻和高灵敏度的检流计。它的准确度可以达到0.01%或更高，是精密测量中应用最广泛的仪器之一。它不但可以精确地测定电压、电动势、电流和电阻等，还可以用来校准电表和直流电桥等直读式仪表，在非电参量(如温度、压力、位移和速度等)的测量中也占有重 要的地位。实验目的1. 了解电位差计的结构、工作原理及

2、操作方法;2. 学会测量电动势的一种方法。实验原理一.电位差计的线路原理。如果要测未知电动势 Ex,原则上可按图4.11-1连接电路，其 中E。是可调电压的电源。调节E。，使检流计指零，这就表示在回路中两电源 (Eo、Ex 的电动势必然是方向相反，大小相等，故数值上有Eo =Ex这时称电路达到补偿，如果Eo的数值已知，贝U Ex即可求出。据此原理构成的测量电动势或电位差的仪器称为电位差计。而且它要满足两个要求：(1) 它的大小易于调节，使E0能够和Ex补偿；(2) 它的电压很稳定，并能读出准确的伏特数。在实际的电位差计中，Eo是通过下面的方法(图4.11-2)得到的：电源 E、限流电阻R

3、9;和精密 电阻Rab串联成一闭合回路，称为辅助回路，当有一 恒定的标准电流Io流过电阻Rab时，改变 尺b上两滑 动头C、D的位置，就能改变C、D间的电位差Vcd的 大小，Vcd正比于电阻Rab中C、D之间那部分的电 阻值，由于测量时必须保证|0恒定不变，所以实际电位差计都根据Io的大小把阻值转换成电压刻度标 在仪器上。Vcd相当于上面所要求的“ E。”。测量时把滑动头C、D两端的电压Vcd引出与未知电动势 Ex进行比较，ExCDGEx或(EsCDGEs)称为补偿回路。请注意：在电路中 成同极性相对抗，也即 Ex的正极要接在 ab线上电位较高的一点，而 Ex的负极经检流计接 在电位较低的一点

4、。电位表计的使用步骤。1 .校准：为了使 Rab中流过的电流是标准电流 选定C、D间的电阻为氏，使Es =I°Rs倜下R改变辅助回路中的电流，当检流计指零时， 的电动势Eo相等。由于Es和Rs都很准确地已知， 所需要的10值。Io,可根据标准电池电动势Es的大小，(4.11-1 )Rs上的电压降恰与补偿回路中标准电池 这时辅助回路中的电流就被精确地校准到一一一 、 、 , . . _ '2.测量：把开关倒向Ex 一边(如虚线所小)，只要ExtloRab ,总可以滑动C、D到C、 ' ' .D，使检流计再度指零，这时 C、D间的电位降恰和待测的电动势Ex相等。设

5、C、D之间的电阻为Rx ,可得：Ex=IoRx(4.11-2)因Io已被校准，Ex也就能测出。同理，如果要测任一电路两点间电位差，只需将待测两点 接入补偿回路代替 Ex,即可测出。图 4.11-3Ra、Rb相应于图4.11-2中的电阻E+两个接头则相应于C、D两点。两个排成圆形的电阻 应于b、a两点，而E-和 每段为1OQ。Rb全电阻为1OQ,仪器规定标准工作电流为 压降为O.1V,而Rb全段电压降也是 O.1V。学生式电位差计的板面如图 钮上刻有O到1.5共15个读数，每转动一个读数电压就改变 做粗调。右边小旋钮转动一周时，读数指示线共经过Rab。显然B *和X 1两个接头相Ra全电阻是15

6、OQ Q，分为15段,O.O1A，所以Ra上每段电阻的电4.11-3所示。左边大旋计一位，因此可读到1OV,因其变化连续，故用作细调。例如O.1V,它不能连续调节，故用1OO小格，每格代表 O.OO1V,加上估Ra (C点)的读数是1.O, Rb仪器介绍（D点）的读数为0.0168,则CD二点电位差是 1.0168V。使用学生式电位差计时，必须加接外电路，如图 4.11-3所示，其中精密电阻 &、Rb （由a到b）和外电路的限流电阻 R'、电源E组成辅助回路。而电阻 Ra、Rb （由C到D）和外电路的检流计G、保护电阻Rh、待测电池Ex组成补偿回路。K1作电源开关，匕可保证Es

7、和Ex相互迅速替换，K3作检流计的开关。Rh是可变高电阻，用以保护检流计和标准电池。实验内容一.测量一节干电池的电动势。 一' 1 .按图4.11-3接线，R用电阻箱，注意电池正负极的连接。2. 调节辅助回路中的电流，使其“标准化”。3. 将K2、K3打开，按待测电池电动势的近似值（1.41.6V）放好Ra、Rb。将Rh调到最大，K2倒向Ex,合上K3,调电位差计旋钮直到检流计无偏转（这时 R'应不动，而Rh 由最大逐渐减小到零）。记下结果Ex。一. .- . '. 4. 重复步骤、共测 3次Ex ,列表记录3次的R和Ex的数值，取平均值即为测量 结果。5. 观察电位差计的灵敏度。二.测量干电池的内阻。r I-1|>bK E图 4.11-4线路如图4.11-4，设电源内阻为r ,开关闭合后，a、b间的电压V =E -Ir =IR有E-V _,、r = R（4.11-3 ）VE、V均可用电位差计测出，若 R为已知，r即可测出。实验时取值R=100Q。测量时，通电时间应尽量短。思考题如果想把学生式电位差计的工作电流改为 个数值？这时电位差计的量程是几伏？0.02A ,怎样才能把电位差计的电流校准到这答：方法1,增大电源电压为12伏；方法2,改变电阻R为220欧姆。此时电位差计的量程为3.2伏。实验注意事