补偿原理的研究

华中师范大学二级物理实验（下）补偿原理的研究一、实验目的1、学习补偿原理的各种应用。2、学会灵活应用补偿法进行物理量的测量。二、实验仪器AC5/2型直流指针式检流计（1个），R40型1.5伏干电池（3块），BC9型携带式饱和标准电池（1块），ZX38A/11型交直流电阻箱（1个），导线若干，金属丝（固定在有米尺的胶板上）。三、实验要求用补偿法测定干电池的电压，用万用表测量其端电压，计算测量误差。四、实验原理1、直接用电压表测量电动势时，如右图(1)所示，得到的是电池两端的路端电压，由于电池有内阻，只要有电流通过，它就会有电压降，所以电压表的示值（端电压）总是小于电源电动势。xUEIr2、补偿法:要消除电池内阻产生的电压降，就必须使流过电池的电流为零，因此要测量未知电动势，原则上按图（2）所示电路进行，本实验就是利用补偿法测电池的电动势。3、实验原理设计实际使用中，精度高而连续可调的电动势是没有的。为了实现上述测量，通常采用补偿原理。本实验利用现有的实验条件构建如下的电路图进行测量，设计电路如(3)所示。①接通1K后，有电流I通过电阻丝AB。②标准化：把2K拨向标准电池sE，检流计G上有可能有电流流过，适当调整C、华中师范大学二级物理实验（下）D两点位置，找到合适的C、D长度，使G的指针零偏转，即sCDEU，此时，电路处于平衡状态，电阻CDR上的电压降与标准电池的电动势互为补偿。如果单位长度电阻丝电阻为0R，CD长度为sL，则有CD端的电势差：0ssEIRL③保持电阻nR不变，即工作电流I保持不变，把2K合向待测电池xE，重新找'C、'D位置，使检流计G再次指零，达到补偿状态。''CD长度为xL，则0xxEIRL则有：xxssLEEL当sE，sL，xL都已知时，电源电动势xE可求出。4、待测电池的端电压可以直接用万用表读出。五、实验步骤1、按(3)所示的电路图连接电路。2、按补偿法的实验原理的进行实验，测量并记录sL，xL的长度，相同的条件下进行3次测量，计算得到Ex。3、用万用表直接读出待测电池的路端电压E`。4、计算测量误差。5、拆除电路，将实验仪器放回。六、实验数据的记录及处理实验温度：21.3℃标准电池电动势：1.01850测量次数123sL(cm)41.741.641.9华中师范大学二级物理实验（下）xL(cm)62.161.962.6xxssLEEL(V)1.516761.515511.52167xxssLEEL的平均值是(1.51676+1.51551+1.52167)/3=1.51778V用万用表测得端电压为:1.508V实验误差为：|1.508-1.517|/1.517*100%=0.59%六、注意事项1．线路接好后，要仔细检查，确认无误方可接通电源，特别要注意正负极的连接，断开电源时，应先断开校准回路。2．实验过程中强调保护标准电池和检流计不受损害，标准电池的通电时间不宜过长，通过标准电池和检流计电流都不宜过大。因此为避免出现过大电流，调试时应掌握先粗后细的原则，先粗测再细测。3.学会估计及趋势把握，节省时间，不要盲目寻找。4.调节电势差计D端时，D端与电阻丝只作点接触，严禁将D端按下后左右移动，避免刮伤电阻丝。