电位差计测电池的电动势和内阻

1、电位差计测电池的电动势和内 阻作者: 日期:1. 了解电势的补偿原理，并理解用电势差计测电动势的基本 方法和特点;2. 掌握电势差讣的匸作原理和结构特点;3. 学会用线式电势差计测量电源电动势。1. 补偿法的理解;2. 电势差计的正确使用。讲授、讨论、实验演示相结合。3个学时前言电势差计是一种精密的电学测量仪器，在精密测量中，电势差计是应用最广的仪 器之一，它主要用来测量电动势、电势差和校准电表，还可用于间接地测量电阻、电 流和一些非电量（如温度、压力）等，其精度可达0.1%0. 03%o用电势差计测电动势，就是将未知电压与电势计上的已知电压相比较。测量中山 于电势差不从被测对象中取用电流，并

2、且应用了标准电池、标准电阻及高灵敬度检流 计，因而测量精度高，测量结果可黑。二. 实验仪器直流稳压电源，万用表，线式电势差计，指针式检流计，标准电池，待测电磁,滑线变阻器，电位器，双掷双刀开关，单掷单刀开关，带保护电阻单刀开关，导线。Ek三. 实验原理关键讲清两点：1、补偿法2、补偿法的实现（-）直接用电压表测量电动势时，得到的是电池两 端的路端电压，由于电池有内阻，只要有电流通过，它就 会有电压降，所以电压表的示值（端电压）总是小于电源电动势。U = Ex-Ir（二）补偿法:要消除电池内阻产生的电圧降，就必须使流过电池的电流为零， 因此要测量未知电动势，原则上按图4. 8-1所示电路进行，电

3、势差计就是利用补偿 法测电池的电动势。图4.8 2线式电势羞什原理图（三）电势差计工作原理实际使用中，精度高而连续可调的电动势是没有的。为了实现上述测量，通常釆 用分压的方法。电势差计就是根据补偿原理制成的高精度分压装置。电势差计有多种 类型，本实验使用的是线式电势差计，其原理如图4.8-2所示。电势差计主要由工 作回路、校准回路和待测回路三个部分组成。1. 接通后，有电流/通过电阻丝AB.2. 标准化：把心拨向标准电池检流计G上有可能有电流流过，适当调整C、 D两点位置，找到合适的C、£长度，使G的指针零偏转，即ES=UC1）,此时，电路 处于平衡状态，电阻上的电压降与标准电池的电

4、动势互为补偿。如果单位长度电阻丝电阻为心，CD长度为厶，则有CD端的电势差：£=风）&3. 保持电阻心不变，即工作电流/保持不变，把心合向待测电池耳，重新找C'、 D位置，使检流计G再次指零，达到补偿状态。9CQ长度为则EX=IR（厶则有：吨迟 当瓦，厶，厶都已知时，电源电动势瓦可求出。四、实验内容与步骤（-）仪器介绍板式电势差计、标准电池（讲解注意事项以及瓦不同温度对应值）、工作电源（稳 压电源，调节电压值不得超过5V）、待测电池（一节1.5V电池）、滑线变阻器，电 位器、检流计（讲解如何使用以及保护）、单刀开关（两个）、双刀双掷开关（讲解如根据公式M=EJL算出单

5、位长度电阻丝上的电压降。将万用电表调至2.5U档，粗 测待测电池电动势值E；,记录于数据表中，由公式LX=EX/Mf估算出测量&电阻丝 的大概长度。其次将（滑线变阻器）、Rl!2 （电位器）调到中间位置，接上工作电源，合上 开关心，使工作回路接通，将C端插入6号接线柱，D端与0号接线柱密切接触， 为使丄作回路和标准回路尽快达到补偿状态，先用万用电表直流电压2.5V档测6号 和0号接线柱间电压，调节凡|使之约为1.02伏。将检流计锁扣，调至白色圆点处， 调节检流计机械零点。然后进行粗校，粗校时将换向开关心合向标准电池，接通校准回路，按下检流计电讣和，调节&2,使检流计指针指零。7

6、最后进行细校，将开关厶合上，使保护电阻短路，微调心2,使检流计指针再 次指零，此时电势差计被校准（即工作电流被校准）。（四）测量未知电动势首先粗测，断开开关心、K,根据估算长度：确定C端位置，将开关心合向待 测电池，接通待测回路，保持电阻心、血不变，接通检流计，保持D端位置，并使 之与电阻丝点接触，使检流计指针指零（粗测）。然后细测，合上开关微调D端 位置，使检流计指针再一次指零，断开开关心、心，读取所测电阻丝长度厶。（五）重复上述两个步骤，一共测五次。五、数据表格及数据处理1. 数据表格（1）单次测量室温t = 7.8（ C）标准电池电动势耳=1.0190(7)万用电表粗测E；（V）估算Lx

7、(m)6m0.169831.569.1857（2）多次测量测量次数（“）12345厶伽）L,3)9. 32959. 33399. 33059. 33519. 33561厶厂兀1（加）0.00340. 00100. 00240.00220. 00279. 3329护S二 LJ =0312伽),= - = 1.5850(V) 料(“一1)Ls2. 计算不确定度（1）电势差计使用的电阻丝往复绕在11个接线柱上，考虑其缠绕不均，估计每 米误差为0.002/h ,且误差为均匀分布，则厶=里讐（&为实际使用长度）。对确定长度厶0.002L.=0.0069(m)对测量长度厶0.002L匕 =S

8、63;.+A2 = 0.0109( w)（2）标准电池在040 C范围内的最大误差不超过50“V即 =4.0x10 5（V）O按正态分布处理，则UEi = 4（）1（）- = 2x10-5（V）（3）合成不确定度（忽略检流讣灵敬度不够引起的误差）u =列岸)2+(瞥F+岸)2 = 0.003CV)(4)测量结果表达式Ex =Ex±U = .585±0.003(V)六. 注意事项1. 线路接好后，要仔细检查，确认无误方可接通电源，特别要注意正负极的连 接，断开电源时，应先断开校准回路。2. 实验过程中强调保护标准电池和检流计不受损害，标准电池的通电时间不宜 过长，通过标准电池

9、和检流计电流都不宜过大。因此为避免出现过大电流，调试时应 掌握先粗后细的原则，先粗测再细测。3. 工作电流标准化以后，险、心2不可再改变，否则就必须重新进行校准。由 于工作条件的不稳定，工作电流常偏离标准状态，为此每次测一次数据，必须重新进 行一次校准，以减小测量误差。4. 学会估计及趋势把握，节省时间，不要盲口寻找。5. 调节电势差计D端时，D端与电阻丝只作点接触，严禁将D端按下后左右移动， 避免刮伤电阻丝。"七、教学后记1. 本实验要测量的数据较多，实验的实际操作比较繁琐，因而学生感到完成实验有一定难度，因此在授课中强调学生一定要耐心调试。2. 学生对实验原理的具体实施理解不透，因而接线和实际操作中出现错误，例 如补偿电阻的估讣与插孔的寻找，因此在讲解原理时一定要讲清讲透。3. 学生实验操作中规