十一线电位差计测电动势(实验报告).pdf

大学物理实验报告大学物理实验报告 实验名称电位差计测量电动势实验名称电位差计测量电动势 实验日期实验日期 实验人员实验人员 大学物理实验报告 电位差计测量电动势 第 1 页 共 3 页 实验目的实验目的 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 4 熟悉指针式检流计的使用方法 实验仪器 实验仪器 11 线板式电位差计 检流计 标准电池 待测电池 稳压电源 单刀双掷开关 保护电 路组 实验原理 实验原理 电源的电动势在数值上等于电源内部没有净电流通过时两极件的电压 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I通过电源的内部 由于电源有内阻r0 在电源内部不可避免地存在电位降Ir0 因而电压表的指示值只是电源的端电压 U E Ir0 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I为零 此时 电源的端电压U才 等于其电动势E 1 补偿原理 如图 1 所示 把电动势分别为ES EX和检流计G联成闭合回路 当ES EX时 检流计指针偏向另一边 只有当ES EX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ES EX 图 1 补偿电路 2 十一线电位差计的工作原理 如图 2 所示 AB 为一根粗细均匀的电阻丝共长 11 米 它与直流电源组成的回路称作工工 作回路作回路 由它提供稳定的工作电流I0 由待测电源EX 检流计G 电阻丝CD构成的回 路称为测量回路测量回路 由标准电源ES 检流计G 电阻丝CD构成的回路称为定标 或校准 回路 定标 或校准 回路 调节总电流I0的变化可以改变电阻丝AB单位长度上电位差U0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 大学物理实验报告 电位差计测量电动势 第 2 页 共 3 页 图 2 电位差计原理图 1 1 预设 当直流电源接通 K2既不与ES接通 又不与EX接通时 流过AB的电流I0和 CD两端的电压分别为 AB RR E I 0 1 CDDCCD R RR E UUU AB 2 式中R为直流电源的总电阻 当电键K2倒向1时 则AB两点间接有标准电源ES和 检流计G 适当移动C和D点的位置以改变UCD 当UCD ES时 检流计的指针 指零 标准电池无电流流过 此时UCD就是标准电池的电动势 电位差计达到了平衡 令 C D间长度为lS 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ES lS 2 2 测量 在保证工作电流I0不变的条件下 将K2拨向2 则CD两点间的ES换接了待测电 源EX 由于一般情况下ES EX 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UCD 当UCD EX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lX 则待测电 池的电动势为 EX ESlX lS 所以 调节电位差计平衡后 只要准确量取lX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补偿法测电源电动势的原理 实验步骤 实验步骤 1 按图 2 连接好电路 大学物理实验报告 电位差计测量电动势 第 3 页 共 3 页 2 测量电源电动势 粗调 接通电源E K2倒向 1 估算lS大约应取的长度 将 C 插入适当的插孔 中调 适当改变C D位置 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 使保护开关电阻的取值为零 微调触点D的位置 调至完全平衡 记录lS的长度 3 K2倒向 2 2 用相同的步骤测出lX 4 计算EX的值 5 重复步骤 2 3 4 进行测量 测量数据计入表格 数据记录 数据记录 1 记下实验所用标准电池的电动势ES ES 1 0186V 2 记录表格 测量次数 电阻丝长度lS m 电阻丝长度lX m 待测电动势EX V XE V 16 34656 83751 097 1 13423 87154 58501 206 33 02253 26501 100 数据处理 数据处理 lS1 6 3465mlX1 6 8375m EX1 1 097V lS2 3 8715mlX2 4 5850m EX2 1 206V lS3 3 0225mlX3 3 2650m EX3 1 100V 误差分析 误差分析 1 电阻丝粗细不均匀或电阻率不均匀导致电阻丝长度有误差 2 检流计指针没有完全处于 0 刻度时就进行读数导致测量误差 3 检流计的屏蔽端钮没有接地 电位差计存在在绝缘不良的地方产生电位差 给测量结果 带来误差 4 实验过程中由于时间过长或者环境温度出现明显波动导致标准电池电势出现比较大的 变化带来误差 实验改进 实验改进 1 将板式电阻改为数字滑动变阻器 2 把直尺读数改为自动读数器 3 直尺上镶磁性物质 使之与移动铁片相互作用 4 把直尺与滑片接触处改为凹槽 类似天平的游码