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大学物理实验报告专业班级：姓名:学号：成绩：实验题目电位差计测定电阻率实验室物理实验室试验时间实验类别设计环境成绩指导教师电位差计是利用补偿原理和比较法精确测量直流电位差或电源电动势的常用仪器，它准确度高、使用方便，测量结果稳定可靠，还常被用来精确地间接测量电流、电阻和校正各种精密电表。在现代工程技术中电子电位差计还广泛用于各种自动检测和自动控制系统。本实验通过用电位差计对电阻的测定，掌握电位差计的使用。【实验目的】1.理解电位差计的工作原理，掌握电位差计的使用方法。2.能用电位差计测定电阻率。3.学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。【试验原理】1.补偿原理在图1所示的电路中，EX是待测电源。0E是电动势可调的电源，EX与0E通过检流计并联在一起。调节0E的大小，当检流计不偏转，即电路中没有电流时，两个电源的电动势大小相等，互为补偿，即EX=0E，电路达到平衡。若已知平衡状态下0E的大小，就可以确定EX，这种测定电源电动势的方法，叫做补偿法。2．电位差的工作计原理用电压表测量电源电动势EX，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r，在电源内部不可避免地存在电位降Ir，因而电压表的指示值只是电源端电压（U=EX-Ir）的大小，它小于电动势。显然，只有当I=0时，电源的端电压U才等于电动势EX。电位差计就是应用补偿法的原理将待测电动势与标准电势进行比较而进行测量的。其原理如下图所示，它由两个回路组成，上部为工作回路，下部为补偿回路。当有一恒定的工作电流I流过电阻R时，改变滑动头C、D的位置，就能改变C、D间的电位差VCD的大小，测量时把滑动头C、D两端的电压VCD引出与未知电动势进行比较。先接通1k，电流经过AB，在电阻丝上产生电压降落IR如果接通2k可能出现3种情况：（1）xECDU时，G中有自右向左的电流；（2）xECDU时，G中有自左向右的电流；（3）xE=CDU时，G中无电流；达到第三种状态时，即称作补偿状态此时有xE=0rIXL固定NR,保持I不变，再用一个电动势SE替换xE适当缩小CD范围，使检流计不偏转则sE=0rIsL=I``CDR两式比较可得xE=sESXLL由上可得应用补偿法测量电位差有以下优点：（一）被测电动势EX的测量，只要测得RX与RN之比即可。测量结果之准确性是依赖于标准电池的电动势及测量回路电阻的精度，由于标准电池及电阻一般可得较高之准确性,在应用恰当灵敏率的检流计条件下，能保证测量精度。（二）当完全补偿时，测量线路与被测线路无电流通过，故被测线路电动势不因接入测量电路而变化。同理，如果要测量任一电路两点间的电位差，只要将待测两点接入补偿回路代替EX，即可测出。UJ-31型面板如图3所示，工作原理对应部分说明如下表格所示：原理图UJ-31型电位差计面板图r1、r2、r3：电流调节盘“校准”时旋转面板上三个粗、中、细调节盘，使检流计指零。P：倍率选择开关“测量”前根据被测电压的约值预先选定，让最大的一位测量盘用上。未知电压=测量盘读数×倍率（有×1或×10两档）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：测量盘测量未知电压用的粗、中、细调节盘，电位差计处于被偿状态可以从这三个转盘上读出未知电动势。粗、细、短路开关按下“粗”按钮时有保护电阻与检流计串联，按下“细”保护电阻不被短路。S：操作步骤选择开关进行“校准”时S旋至“标准”位置，“测量”时旋至“未知1”或“未知2”位置，不用时旋至“断”位置。RRnnEEKK11KK22KK33EEssEExxIIRRAABBCCDDCC''DD''GGGG图3UJ-31型电位差计面板示意图【试验仪器】UJ-31型直流低电势电位差计、A219型直流检流计、BC9а型饱和标准电池、游标卡尺、螺旋测微器、干电池盒（带干电池）、导线、带测电阻丝、电阻实验板等。【实验内容】1.电位差计的调整（1）参照图3连接电路，调节检流计的零点。（2）调节工作电流。将转换开关S旋转到“标准”位置。“”旋钮指示到1.0186V（此值为标准电池室温20℃时电动势值）。打开稳压电源，使工作电压处于6V。将电位差计按钮“粗”按下，调节使检流计指示到“零”位置，松开“粗”按钮，按下“细”按钮，调节再次使检流计指示到“零”位置，此时表示工作电流调整好。2测量电阻丝电阻值.（1）按图4的线路接线。已知Rx=5.1Ω取Ra:Rb=1000:1。将P置于“1”位置。（2）重新校准工作电流。（3）测量电阻电压。将S旋钮指示到“未知1”档，依次调整读数盘I、II、III使电路处于被偿状态，读数盘I、II、III指示的数值之和为Rx上的电压Ux。然后将S旋钮指示到“未知2”位置，测得电阻Rs上的电压Us。计算Rx公式为：RX=ssxRUU（6）（4）重复步骤（2）、（3），测量六次。将数据记录在表格中。图4测量线路由于电阻测量采用两个电压降之比，因此，只要在电位差计工作电流不变的情况下，可以不必用标准电池来校准电位差计的工作电流。在测量时，测量转换开关K1从“未知1”转换到“未知2”时检流计开关K2应放在“断”的位置，防止检流计受到冲击。（5）用游标卡尺测量电阻丝长度，用螺旋测微器测量电阻丝直径，将测量数据记录在表格中。【数据处理】次数12345Ux未知1电压（v）Us未知2电压（v）Φ电阻丝直径（mm）L电阻丝长度（cm）未知电阻不确定度公式令电阻丝的直径不确定度计算电阻丝电阻率不确定度计算【注意事项】（1）UJ-31型电位差计量程为17.1mV和171mV待测电压一定要在它们的量程内。（2）在测量过程中，其工作条件可能发生变化（如电压E不稳定等），为了保证回路中电流保持不变，每次测量都要对工作电流重新校准。（3）测量中所有电源及电池正负极不能接错，否则补偿回路不可能调到补偿状态。（4）标准电池使用时不可以接错正负极，严禁短路，流经标准电池的电流不能大于A不能用电压表去测量其电动势。（5）在测量电阻丝的电阻的时候一定要使其两端接入电路，不要折叠，否则不能准确测得电阻率。【思考题】1.电位差计是利用什么原理制成的？2.实验中，若发现检流计总是偏向一边，无法调平衡，试分析可能的原因有哪些？3.如果任你选择一个阻值已知的标准电阻，能否用电位差计测量一个未知电阻？试写出测量原理，绘出测量电路图。