十一线板式电位差计测电动势

1、大学物理实验报告实验名称线式电位差计测量电动势实验人员陈晋实验日期2010.12.10线式差计测量电动势实验者：陈晋指导老师：伊会听（C09 机械（1）091309133，653571）【摘要】随着科学技术的发展，干电池已经发展成为一个大的家族，到目前为止已经约有 100多种。电动势是干电池的基本参数，对其进行精确测量有实际意义，就板式电位差计测 量干电池电动势的实验设计及精确测量给出了一个解决方案.【关键词】板式电位差计；干电池；电动势；【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

2、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。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1 = 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 1 = 0，则 ES = EX。如1L:i图1补偿电路十一线电位差计的工作原理如图2

3、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作回 路，由它提供稳定的工作电流I。；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；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。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）。图2电位差计原理图 1）预设 TOC o 1-5 h z 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Io和CD两端的电压 分别为2 SXI =

4、三o R+R（1）E HYPERLINK l bookmark13 o Current Document U = U - U =RCD C D R + R CD （2）AB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I田均匀、电阻率都相等，则电阻丝单位长度上的电压降为es/ 1s。 s 2）测量S S在保证工作电流Io不变的条件下，将K2拨向2，则CD两点间的Es换接

5、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=E、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1x，则待测电池的电动势为ex =es1x / is 所以，调节电位差计平衡后，只要准确量取1X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。【调试方案设计】1、仪器用具：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2、实验过程（1）按图2连接好电路。（2）测量电源电动势粗调：接通电源E，K2倒向

6、“1”，估算lS大约应取的长度，将“。”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 ”，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。【实验数据】检流计灵敏度 4X10-6 mm室温 191 CEs=0.15V E=5Vi12345l 左(m)l 右(m)n（格）L S9.7669.6699.3249.2499.3889.00

7、59.7803L M1.3991.3631.3321.3151.3221.3021.3433E w/0.1447 +0.0011V/E = 1E = 1.399 X 1.0185V = 0.1460V x1L s 9.766L 1363E =工 E =x 1.0185V = 0.1436Vs 2E =蛙 E = L332 x 1.0185V = 0.1455Vx 3 L s 9.324 s 3E = y E = 1.315 X 1.0185V = 0.1448Vx 4 L s 9.249 s 4E =上 E = 1.322 x 1.0185V = 0.1434Vx 5 L s 9.388 s

8、5Ex = - Ex =(Ex1 + Ex2 + Ex3 + Ex4 + Ex5 ) 5 i i =1=-(0.1460 + 0.1436 + 0.1455 + 0.1448 + 0.1434 )V = 0.1447V 5_ (0.14600.1447(0.14360.1447(0.14550.1447(0.14480.1447(0.1434).1447飞4=0.01VL - L0.2L - L9.005 - 9.780A =-x=-=V = 0.0258VLx2n10n30L - L0.2L - L11.302 -1.3431A =-x=- =V = 0.0014VLs2n10n30AL -

9、 LX X=(M+M)x e=(L L xX0.0415nLXL - L-5nLs0.775+) x 0.1447V1.322 x 3 x 5 9.388 x 3 x 5=0.0011VAd = Ae 2 + A 仪 2 =(0.00112 + 0.00112V = 0.0011V0.1500E = Ex - Es x 100% = 0.1447 - 0.1500 x 100% = -3.53% E s:.E = 0.1447 土 0.0011V定量分析：改变工作电流调节回路电压检流计灵敏度 4X10-6 mm室温 191 CEs=0.15VE=3i12345l (m) 左l 右(m)n（格）

10、L S4.1504.2804.4394.5104.5924.2994.7603L M0.6120.6310.6570.6680.6820.6760.6913E X/0.15060.0013V/E = L E = 0612 x 1.0185V = 0.1502V x1 L s 4.150 s1E = E = 0631 x 1.0185V = 0.1501V x2L 2 s 4.280E = y E = 0.657 x 1.0185V = 0.1507V x 3L 3 s 4.439E = L Es = 0.668 x 1.0185V = 0.1508Vx 4 L44.510E =、Es = 0.

11、682 x 1.0185V = 0.1512Vx 5 L4.592s 5Ex =-寸 Ex =(Ex1 + Ex 2 + Ex3 + Ex4 + Ex5 )5 i i=11=-(0.1502 + 0.1501 + 0.1507 + 0.1508 + 0.1512 )V = 0.1506V 5阳=4 E )2 i=1_，(0.15020.1506*(0.15010.1506：+(0.15070.1506：+(0.15080.1506：+ (0.15120.1506卜飞4AA 一L - LL - L -A = j+ f) x E =(-xx-+ -ss)x EExLLx5nL5nLx0.2 x n

12、V = 0.0005V21030sxsLs=0.00VL - L0.2L - L4.299 - 4.760A =-x=- =V = 0.0154VLx2n10n30L - LL - L_|0.682 - 0.691Ax0.4610.015+) x 0.1506V4.592 x 3 x 5 0.682 x 3 x 5=0.0013VAd =咨 2 + A 仪 2 =扣0.00052 + 0.00132 V = 0.0013V0.1500E = Ex - Es x 100% = 0.1506 - 0.1500 x100% = 0.4% E s:.Ex = 0.1506 土 0.0013V【结论或总结】由实验结果及定量分析可知，工作电流调节回路在3V左右时精度最大，升高电压导致精 度下降，检流计产生的误差与由平均值导出不确定度相差不大，说明仪器测量比较精确。节电势差计平衡的必要条件是E、Es和Ex的极性不能接错，并且需满足EEs，ERx诸条 件。果ExE,为了测量待测电池的Ex，必须采取如图2示的分压方法，但仍要满足U02E的必要条件LX02了使电流标准化调节方便和精细，应采用大、中、小、三种阻值可变的电阻器串联起来使用.一旦电流标准化调节完毕，在测量Ex或U02时不能再更动Rp,更不能调换工作电池E, 否则读数不准确，测量结果中存有系统误差或错误。P