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掌握补偿法测电动势的原理和方法。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 TOC o 1-5 h z 强，有一定的测量精度，便于学习和掌握，而箱式电位差力_计是测量电位差的专用仪器，使用方便，测量精度高，稳EX定性好。此外，由于许多电学量都可变为电压的测量，因H“此电位差计除了电位测量之外还可测量电流、电阻等其它I+C-量。本实

2、验讨论板式电位差计。Y/若将电压表并联到电池两端（图171）就有电流I通图17-1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V=EXI. r的大小。显然，只有当1=0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。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

3、，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。 设此时ad段电阻为0，则有E = I - r（17 1）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的电阻为勺，则有E = I - r（172）比较上两式得X 2即e = Me（173）r 1显见，只要r2/r1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（17 3）式决定，式中r2、0、E0的准确度对EX的影响是明 显的。检流计的灵敏度决定着（17 3）式近似成立的程度，若要在测量和校准的整个 过程

4、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(174)(174)AV仪器描述图17 3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，先用标用滑键D找到平衡点准电池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E0/L0，然后把 犬2倒向待测电动势用滑键D找到平衡点E = 土 Lx L x0将图17 E = 土 Lx L x0将图17 3中的K2 和“2”点闭合，并闭合K，移动C、D位置， 当

5、G为零时，C、D间的电位差即待测电池 的端电压VX=EXT.r内=/叫（I是ExK R0EX回路中的电流），所以测电池的内阻r由 内10。82 6d 4（工 2（二测知EX、VX后，实验步骤（一） 清点主要仪器1. 电源（）2.板式电位差计（）3.检由此式便可算出电池内阻r投内&K1顼9图 173亍=号fXXR0。7。5。3c 四-G)1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173，安置仪器、接线（三）调整仪器检查检流计指针是否为零，若否，则调节零点旋钮；使Rg为最大值，E = 46V, R滑至中间，插头C插在第6或第7孔

6、处，滑动触头D置于 中间。测量1 .校准电位差计检查线路后接通电源，将开关K2置于1处；调节R,滑动触头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之间距离匚填入表(1)；断开K2、K1， Rg调至最大值。测量待测电池的电动势将插头C插在第10孔处，滑动触头D置于中间；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。测量待测电池的内阻断开开关K2、K1，给待测电池两端并联一电阻Rq,Ro=500欧；依照上述测量2的步骤，测量L填入下

7、表(1)。将Ro取为50欧、800欧时，测出干电池的内阻，将数据填入表(2)中。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。注意事项避免翻动标准电池；注意E、Es、Ex接入电路的方向，不可接错；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；测量结束，应先断开补偿电路，再断开辅助回路。每测一组数据后，断开电源，测数据要尽可能快。思考讨论用电位差计测电动势的物理思想是什么？电位差计能否测量高于工作电源的待测电源电动势？在测量中如果检流计总是向一侧偏转，其原因可能有哪些？本实验为什么要用十一根电阻丝，而不

8、是简单地只用一根？石棉CdHg附：标准电池简介石棉CdHg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。E - E & * - 4 x 10 -4 (t - 20) - 0.93 x 10 -6 (t - 20) 2式中Et表示室温tC时标准电池的电动势值(伏)；E20K示室温20C时标准电池的电动 势值(伏)，此值一般为已知。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从标准电池取用的电流不得超过1UA。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。绝不能将标准电池当一般电源使用。不许倒置、横置或激烈震动。20C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