实验五 用板式电位差计测量电池的

实验五

用板式电位差计测量电池的电动势【实验目的】1.了解电位差计的结构，正确使用电位差计；2.理解电位差计的工作原理－－补偿原理；3.掌握线式电位差计测量电池电动势的方法；【实验仪器】板式电位差计、检流计、滑线变阻器、电阻箱、标准电池、待测电池、稳压电源、单刀开关、双刀双掷开关【实验原理】电源的电动势在数值上等于电源内部没有电流通过时两极间的电压。如果直接用电压表测量电源电动势，其实测量结果是端电压，不是电动势。因为将电压表并联到电源两端，就有电流通过电源的内部。由于电源有内阻，在电源内部不可避免地存在电位降，因而电压表的指示值只是电源的端电压（）的大小，它小于电动势。显然，为了能够准确的测量电源的电动势，必须使通过电源的电流为零。此时，电源的端电压才等于其电动势。

1.补偿原理如图所示，把电动势分别为、的电源和检流计G联成闭合回路。当<时，电流方向如图所示，检流计指针偏向一边。当>时，电流方向与图示方向相反，检流计指针偏向另一边。只有当时，回路中才没有电流，此时i＝0，检流计指针不偏转，我们称这两个电动势处于补偿状态。反过来说，若i＝0，则。2.电位差计的工作原理如图所示，AB为一根粗细均匀的电阻丝，它与滑线变阻器及工作电源E、电源开关组成的回路称作工作回路，由它提供稳定的工作电流；由待测电源、检流计G、电阻丝CD构成的回路称为测量回路;由标准电源、检流计G、电阻丝CD构成的回路称为定标（或校准）回路。滑线变阻器用来调节工作电流的大小，电流的变化可以改变电阻丝AB单位长度上电位差的大小。C、D为AB上的两个活动接触点，可以在电阻丝上移动，以便从AB上取适当的电位差来与测量支路上的电位差（或电动势补偿）。当电键接通，既不接通、又不与接通时，流过AB的电流和CD两端的电压分别为（1）（2）式中r为电源E的内阻。当电键倒向1时，则AB两点间接有标准电源和检流计G。若>时，标准电池充电，检流计的指针发生偏转；若<时，标准电池放电，检流计的指针反向偏转；若＝时，检流计的指针指零，标准电池无电流流过，则就是标准电池的电动势，此时称电位差计达到了平衡。令C、D间长度为，因为电阻丝各处粗细均匀、电阻率都相等，则电阻丝单位长度上的电压降为。1)电位差计的定标我们把调整工作电流使单位长度电阻丝上电位差为的过程称为电位差计定标。为了能相当精确地测量出未知的电动势或电压，一般采用标准电池定标法。图中电键倒向1时接通回路，称之为定标（或校准）回路。实验室常用的标准电池的电动势为＝1.0186V,可先选定，例如，若选定每单位长度（）电阻丝上的电位差为，则应使C、D两点之间的电阻丝长度为然后调节滑线变阻器，用以调整工作电流，使C、D上的电位差和相互补偿，使电位差计达到平衡。经过这样调节后，每单位长度电阻丝上的电位差就确定为0.2000V，即＝0.2000V。此时电位差计的定标工作就算完成。经过定标的电位差计可以用来测量不超过的电动势或电压。2）测量

在保证工作电流不变的条件下，将拨向2，则CD两点间的换接了待测电源，由于一般情况下，因此检流计的指针将左偏或右偏，电位差计失去了平衡。此时如果合理移动C和D点的位置以改变，当＝时，电位差计又重新达到平衡，使检流计G的指针再次指零。令C、D两点之间的距离为，则待测电池的电动势为（4）（4）而电位差计定标后每单位长度上电位差为＝，（可在实验前先选定），则有所以，调节电位差计平衡后，只要准确量取值就很容易得到待测电源的电动势。这就是用补偿法测电源电动势的原理。【实验仪器介绍】板式电位差计如图4所示，AB为粗细均匀的电阻线，全长为11m，往复绕在木板0，1，2，…，10的11个接线插孔上，每两个插孔间电阻线长1m，剩余的1m电阻线OB下面固定一根标有毫米刻度的米尺。利用插头C选插在0～10号插孔中任意一个位置，接头D在OB上滑动，接头C，D间电阻线长度在0～11m范围内连续可调。例如：要取接头C，D间电阻线长度为5.0930m，可将C插在插孔“5”中，滑键D的触头按在米尺0.0930m处。这时接头C，D之间的电阻线长即为所求。【实验内容与步骤】（1）测量前的准备。观察、熟悉仪器装置后，按图3连接好电路，各开关处于断开位置。工作电源用直流稳压电源，为保护电阻，用以保护标准电池和检流计，为滑线变阻器，为标准电源，为待测电源，G为检流计。注意工作电源E的正负极应与标准电池和待测电池的正负极相对应，不能接错。保护电阻、滑线变阻器均置于阻值最大的位置。（2）给电位差计定标。选定电阻丝单位长度上的压降值，计算出。将倒向“1”，“C”插入适当的插孔，调节“D”，使CD间电阻丝长度等于。然后接通,改变滑线变阻器使工作电流慢慢增大，同时断续按下滑动触头“D”，直到G的指针不偏转。然后将滑动端移动到阻值为零位置，再次细调，并断续按下触头“D”，使G的指针不偏转，此时电阻丝每单位长度上的电位差为，电位差计定标完毕。断开，将保护电阻的滑动端恢复到阻值最大位置。（3）测量电源电动势。粗调：倒向“2”，估算大约应取的长度，将“C”插入适当的插孔。细调：接通，移动滑动键并断续按下滑动触头，到G的指针基本不偏转为止。该步骤采用先找到G的指针向相反方向偏转的两个状态，然后用逐渐逼近的方法可以迅速找到平衡点。微调：使保护电阻的取值为零，微调触点D的位置，调至完全平衡，记录的长度。（4）计算的值，公式如下：（5）重复步骤（2）（3）进行5次测量，测量数据计入表格。测量定标时可将改为其它值。【数据记录及处理】1．记下实验所用标准电池的电动势ES和定标后的U0

.2．记录表格3．分析指出用板式电位差计测未知电动势的系统误差所在。测量次数电阻丝长度待测电动势12