电位差计实验报告

一、实验目的：1.了解补偿法测电动势的原理。2.掌握电位差计测量电动势的方法。二、实验器材：杭州大华87-1型学生式电位差计、开关、标准电动势、待测电池、变阻箱、2KΩ左右电阻。三、实验原理：用电压表测量电池电动势时，测量回路中有电流I通过，电池内阻r会造成电压降Ir，因此电压表显示的只是路端电压，不是电池的电动势。1.补偿法如右图，待测电池EX，标准电池EN和检流计串联成回路。当两个电动势相等时，回路中无电流通过，检流计指零。这种情况叫待测电动势得到已知电动势EN的补偿。根据EN即可测出EX。这种方法叫做补偿法。补偿法不取用待测电池的电流，并且标准电动势十分准确稳定，因此测得的电动势很准确。但是实际测量中，要求EN连续可调，为此，人们制造出电位差计来代替连续可调的标准电池。2.电位差计右图为电位差计原理线路图，它由3个回路组成。工作电源E，电阻R1，滑线电阻R构成工作回路。待测电源Ex(或标准电池En)，检流计G和R构成测量回路(或校准回路)。实际的电位差计，滑线电阻R一般由一系列标准电阻串联而成，工作电流总是标定为一固定数值I0，使电位差计总是在统一的I0下达到平衡，从而将待测电动势的数值直接标度在各段电阻上(即标在仪器面板上)，直接读取电压值。电位差计的校准：将标准电动势（1.0186V）接入EN位置，EN给予定值（即仪器面板上给予1.0186V的标度，电动势EN得到补偿时，有I0EN＝1.0186V）。ENEXER1RENEX12X开关合至“1”，调节R1，使检流计指针无偏转，此时工作回路的电流为I0，滑动变阻器上的每欧姆电阻对应的电压降为1Ω×I0(V)。电动势的测量：校准过程完成后，开关合至“2”，调节R滑线变阻器的X端至RX，使检流计无偏转，待测电动势被补偿，EX＝RX×I03.箱式电位差计测电池电动势和内阻杭州大华87－1型学生式电位差计内部电路图及面板示意图如下图所示。G100ΩΩΩΩΩΩRB’为的替代电阻。RB和RB’同轴变化。当RB每增加一档电阻时，RB’则减少一档电阻，反之亦然。保证RB不论处于哪一档，RB+RB’=20Ω不变，确保工作回路中工作电流不变。为了实施量程变换，在产生测量补偿电压支路上并联了一条分流支路。当×1时，流过测量补偿电压支路的电流为5mA，分流支路电流为0.5mA；当×0.1时，流过补偿电压支路电流为0.5mA，流过分流支路电流5mA。显然，后者量程由于电流减少到十分之一，量程也变小十分之一。学生电位差计中RA、RB、RC（由c到d）和外电路的检流计G、保护电阻Rb等组成补偿回路。K1为电源开关，K2可保持ES和EX相互迅速替换，K3作检流计的开关，Rb是2kΩ左右的保护电阻，用以保护检流计和标准电池。四、实验内容：1.校准学生式电位差计将标准电动势1.0186V接入ES，2kΩ左右的保护电阻接入Rb，将面板上的电压值调到1.0186V，合上K1、K3，将K2推向ES（间歇使用），并同时调节R，使检流计无偏转（指零），达到规定电流I0。2.测量电池电动势将电池接入EX，面板上的电压值调到电池电动势附近。K2推向EX（间歇使用）并同时调面板上的电压值，使检流计无偏转（在测EX的步骤中R不能变动），此时电压值为EX值。测盘结束应打开K1、K2、K3。重复“校准”与“测量”两个步骤，多次对EX测量，取平均值作为结果。3.测量电池的内阻r在步骤2的基础上，把变阻箱R’和K4直接并联到EX两端，如右图所示，面板上的电压值调到电池电动势附近。合上K4（间歇使用），同时调面板上的电压值，使检流计无偏转，测得R’两端电压E’。rrREEIrEEXXX⋅+−=−=''化简得'1'REErX⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=R’已知，只要分别测出当开关K4打开和合上时ab两端的电压EX和E’,然后代入公式可求得电池内阻。ExK4K2abR,五、注意事项：1.使用电位差计必须先接通其他电路，然后再接补偿回路，断电时须先断开补偿回路，再断开其他电路。2.实验中只在测量E’时才合上开关K4，测量完毕立即断开，以免干电池放电过多。六、数据处理：电阻R’(Ω)电动势Ex(V)路端电压U(V)'1RUErX⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=XXXEEE−=∆iiirrr−=∆5001.649651.626317.180.000280.861.649451.623517.990.000080.054001.649231.614868.510.000140.471.649261.616638.070.000110.033001.649701.605788.210.000330.171.648901.604588.290.000470.25平均值1.649378.040.000240.31数据处理过程中，我们取电位差计最小分度的一半作为该仪器的仪器误差，即20001.0＝仪∆。电动势最佳值VEX64937.1=标准偏差VESiXiEX487612102.1105.130102.21.11.02.08.0)16(6)64937.1(－－－修约＝）＋＋（××=×++=−×−=∑=电动势不确定度00012.01008.0105.1)300005.0()102.1(38822422=×+×=+×∆+=−−−＝）（仪XXEESUVEX)00012.064937.1(±=求电池内阻时，只考虑A类不确定度Ω+=−×−=∑=19.03006.002.022.074.0)16(6)04.8(612＝＋＋修约iirrSΩ±=)19.004.8(r思考题：P127思考题2答：有，有电流R上才有电压降，有电压降才能补偿标准电动势或待测电动势。P127思考题3答：最大原因是电源电压值过小导致工作回路电流小，即使C、D调到最大，上面产生的电压降都不足以补偿待测电动势或者标准电动势。