用板式电位差计测量电池的电动势和内阻

1、实验十七 用板式电位差计测量电池的电动势和内阻实验目的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。实验器材板式电位差计，检流计，滑线变阻器，标准电池，待测电池，标准电阻（电阻箱），直流稳压电源等。实验原理图171VEX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。本实验讨论板式电位差计。若将电压表并联

2、到电池两端（图171）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I·r，因而电压表的指示值只是电池两端电压VEXI·r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。d 图172baGE0EI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。如图172中的ab为电位差计的已知电阻。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

3、就为已知，然后再用这已知电位差与待测量相比较。设此时ad段电阻为r1，则有 （171）再将E0换成待测电池EX，保持工作电流I不变，重新移动d点到d，G仍为零。设此时ad 的电阻为r2，则有 （172）比较上两式得 即 （173）显见，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。电位差计的准确度由（173）式决定，式中r2、r1、E0的准确度对EX的影响是明显的。检流计的灵敏度决定着（173）式近似成立的程度，若要在测量和校准的整个过程中工作电流始终恒定，这就必须要求工作电源的电动势较稳定。为了定量地描述因检流计灵敏度

4、限制给测量带来的影响，引入“电位差计电压灵敏度”这一概念。其定义为电位差计平衡时（G指零）移动d点改变单位电压所引起检流计指针偏转的格数。即 （格伏） （174）仪器描述图173 K2RghE01CDRKkkkkkkkkkkkkK1EGI2KEXR0024681013579图173为板式电位差计实物线路图（包括测电池内阻的电路）。实验时，先用标准电池E0调节工作电流，使电位差计的电阻丝单位长度上的电位差为E0L0，然后把K2倒向待测电动势Ex，用滑键D找到平衡点，则 测电池的内阻，将图173中的K2和“2”点闭合，并闭合K，移动C、D位置，当G为零时，C、D间的电位差即待测电池的端电压VXEX

5、I·r内I R0（I 是EXK R0EX回路中的电流），所以测知EX、VX后，由此式便可算出电池内阻r内。实验步骤（一） 清点主要仪器1 电源 （ ）2. 板式电位差计（ ）3. 检流计（ ）4滑线变阻器（ ）5. 电阻箱（ ）6.待测电池（ ）7标准电池（）8. 导线（ ）9. 开关（ ） （二）按测量线路，安置仪器、接线（三）调整仪器 1 检查检流计指针是否为零，若否，则调节零点旋钮；2 使Rg为最大值，E = 4 6V, R滑至中间，插头C插在第6或第7孔处，滑动触头D置于中间。（四） 测量1 校准电位差计（1） 检查线路后接通电源，将开关K2置于1处；（2） 调节R,滑动触头

6、D（细调），同时逐渐缩小Rg至Rg=0，直到检流计指针没有偏转（Ig=0），读取插头C与滑动触头D之间距离L，填入表(1)；（3） 断开K2、K1， Rg调至最大值。2 测量待测电池的电动势（1） 将插头C插在第10孔处，滑动触头D置于中间；（2） 将开关K2置于2处，调节滑动触头D，同时逐渐减小Rg至Rg=0，直到检流计指针没有偏转(Ig=0)，读出C、D间的距离L，填入表(1)中，重复五次。3 测量待测电池的内阻（1） 断开开关K2、K1，给待测电池两端并联一电阻R,R=500欧；（2） 依照上述测量2的步骤，测量L填入下表（1）。4 将R取为50欧、800欧时，测出干电池的内阻，将数据填

7、入表(2)中。 （五）列数据表格数据处理要求上述各项测量均重复五次，测量结果用不确定度表示，并将记录的数据和计算结果填入自行设计的表格之中。注意事项1 避免翻动标准电池；2 注意E、Es、Ex接入电路的方向，不可接错；3 每次测量，开始应将Rg调整到最大值，然后逐步减小，以免损坏检流计；4 测量结束，应先断开补偿电路，再断开辅助回路。5 每测一组数据后，断开电源，测数据要尽可能快。思考讨论1用电位差计测电动势的物理思想是什么？2电位差计能否测量高于工作电源的待测电源电动势？3在测量中如果检流计总是向一侧偏转，其原因可能有哪些？4本实验为什么要用十一根电阻丝，而不是简单地只用一根？CdHg图17

8、4石棉CdSO4HgCdSO4HgSO4附：标准电池简介原电池的电动势与电解液的化学成分、浓度、电极的种类等因素有关，因而一般要想把不同电池做到电动势完全一致是困难的。标准电池就是用来当作电动势标准的一种原电池。实验室常见的所谓干式标准电池和湿式标准电池，湿式标准电池又分为饱和式和非饱和式两种。这里仅简介最常用的饱和式标准电池亦称“国际标准电池”，它的结构如图174所示。1标准电池具有如下特点：（1）电动势恒定，使用中随时间变化很小。（2）电动势因温度的改变而产生的变化可用下面的经验公式具体地计算。式中Et表示室温t时标准电池的电动势值（伏）；E20表示室温20时标准电池的电动势值（伏），此值一般为已知。（3）电池的内阻随时间保持相当大的稳定性。2使用标准电池要特别注意下列事项（1）从标准电池取用的电流不得超过1A。因此，不许用一般伏特计（如万用表）测量标准电池电压。使用标准电池的时间要尽可能的短。（2）绝不能将标准电池当一般电源使用。（3）不许倒置、横置或激烈震动。（4）20时，标准电池电动势为1.0186V。实验十四板式电位差计测量电池的电动势及内