用电位差计测量电动势.doc

4.11 用电位差计测量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%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，原则上可按图4.11-1连接电路，其中是可调电压的电源。调节，使检流计指零，这就表示在回路中两电源（、）的电动势必然是方向相反，大小相等，故数值上有 图4.11-1这时称电路达到补偿，如果 的数值已知，则即可求出。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。可见，构成电位差计需要一个，而且它要满足两个要求：（1）它的大小易于调节，使能够和补偿；（2）它的电压很稳定，并能读出准确的伏特数。图4.11-2在实际的电位差计中，是通过下面的方法（图4.11-2）得到的：电源、限流电阻和精密电阻串联成一闭合回路，称为辅助回路，当有一恒定的标准电流流过电阻时，改变上两滑动头C、D的位置，就能改变C、D间的电位差的大小，正比于电阻中C、D之间那部分的电阻值，由于测量时必须保证恒定不变，所以实际电位差计都根据的大小把阻值转换成电压刻度标在仪器上。相当于上面所要求的“”。测量时把滑动头C、D两端的电压引出与未知电动势进行比较，或（）称为补偿回路。请注意：在电路中和（或）必须接成同极性相对抗，也即的正极要接在ab线上电位较高的一点，而的负极经检流计接在电位较低的一点。二电位表计的使用步骤。1校准：为了使中流过的电流是标准电流，可根据标准电池电动势的大小，选定C、D间的电阻为，使 （4.11-1）调节改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，上的电压降恰与补偿回路中标准电池的电动势相等。由于和都很准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的值。2测量：把开关倒向一边（如虚线所示），只要，总可以滑动C、D到、，使检流计再度指零，这时、间的电位降恰和待测的电动势相等。设、之间的电阻为，可得： （4.11-2）因已被校准，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，即可测出。仪器介绍学生式电位差计内部电路如图4.11-3虚线内所示。图4.11-3两个排成圆形的电阻、相应于图4.11-2中的电阻。显然和1两个接头相应于b、a两点，而E-和 E+两个接头则相应于C、D两点。全电阻是,分为15段,每段为。全电阻为，仪器规定标准工作电流为0.01A，所以上每段电阻的电压降为0.1V,而全段电压降也是0.1V。学生式电位差计的板面如图4.11-3所示。左边大旋钮上刻有0到1.5共15个读数，每转动一个读数电压就改变0.1V，它不能连续调节，故用做粗调。右边小旋钮转动一周时，读数指示线共经过100小格，每格代表0.001V，加上估计一位，因此可读到V，因其变化连续，故用作细调。例如 (C点)的读数是1.0， (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、 (由a到b)和外电路的限流电阻、电源组成辅助回路。而电阻、 (由C到D)和外电路的检流计G、保护电阻、待测电池组成补偿回路。作电源开关，可保证和相互迅速替换，作检流计的开关。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。1按图4.11-3接线，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、打开，按待测电池电动势的近似值（1.41.6V）放好、。将调到最大，倒向，合上，调电位差计旋钮直到检流计无偏转（这时应不动，而由最大逐渐减小到零）。记下结果。4重复步骤、共测3次，列表记录3次的和的数值，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。线路如图4.11-4，设电源内阻为，开关闭合后，a、b间的电压有 （4.11-3）图4.11-4、均可用电位差计测出，若为已知，即可测出。实验时取值。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0.02A，怎样才能把电位差计的电流校准到这个数值？这时电位差计的量程是几伏？答：方法1，增大电源电压为12伏；方法2，改变电阻为220欧姆。此时电位差计的量程为3.2伏。实验注意事项1测量时，必须先接通