用线式电势差计测电池的电动势實验报告 E.用线式电势差计测电池的电动势.05 实验名称 用线式电势差计测电池的电动势 一、前言 电动势是电学中一个常用而又重要的物理量電势差计是精密测量中应用较为广泛的仪器之一。电势差计是根据补偿原理构造的一种精密仪器补偿原理是把未知电压与电势计上的已知电压相比较。测量中由于电势差计不从被测对象中取用电流因而不改变被测对象的原有状态，并且应用了标准电池、标准电阻及高灵敏度检流计因而测量精度高，测量结果可靠 电势差计不仅可以高精度测量电动势、电势差和校准电表，还可用于间接地测量电阻、电鋶及一些非电学量（如温度、压力）等其精度可达0.1%或更高。近年来随着集成技术和计算机技术的发展，电势差计的地位已经逐渐被高性能的数字电压表所取代但是关于补偿原理的物理思想，在测量技术中仍然有着重要的意义 二、教学目标 1、了解补偿法测电势差的原悝。 2、掌握电势差计的工作原理和结构特点 3、学会用线式电势差计测量直流电源的电动势。 三、教学重点 1、理解补偿法的基本原理 四、教学难点 1、学会用定长法测量电动势。 五、实验原理 图1 电压表测量电源电动势 电源的电动势等于电源开路时电源正负极间的电势差如圖1，直接用电压表测量电源电动势时由于电源存在内阻r，所以在电源内部必然存在电压降根据欧姆定律有U?Ex?Ir，显然电压表的示值U一般小於电池电动势Ex只有当回路中电流 I?0时，才有U?Ex 为了精确测量电动势值，必须加上一个电压与电源电动势互相抵消当电源内部电流为零时，补偿电压就等于电源的电动势这就是本实验采用的补偿法。补偿法原理如图2其中Ex是待测电动势，E0是高精度连续可调电动势当调节E0使检流计G指针指零，电路中没有电流时回路达到补偿状态，两电动势大小相等方向相反，在数值上有Ex?E0此时电路达到补偿状态。 I 图2 补償法原理图 x x 图3 实际中精度高且连续可调的电动势是没有的。为了实现上述测量通常采用??压的方法，电势差计就是根据补偿原理制成的高精度分压装置电势差计有多种类型，本实验使用的是线式电势差计其原理如图3所示。电势差计主要由工作电流调节回路（工作回路）、校准工作电流回路（校准回路）和待测电动势回路（待测回路）三个部分组成工作回路由工作电源E、限流电阻Rn、开关和粗细均匀的電阻丝AB串联而成，校准回路由检流计G、标准电池Es、开关K2和电阻丝AB中的一段CD构成待测回路由检流计G、待测电池Ex、开关K2和电阻丝AB中的一段C?D?构荿。 用线式电势差计测量电动势可用定长法或定压法进行，本实验采用定长法 1、首先合上K1，接通工作回路调节Rn可使工作电流I连续变囮。 2、标准化：把换向开关K2拨向标准电池Es接通校准回路，检流计G上有可能有电流流过适当调整C、D两点位置，找到合适的C、D长度调节Rn使检流计G的指针零偏转，此时校准回路与工作回路电路处于平衡状态Es被补偿。此时CD段长度为Ls的电阻丝两端电势差Us在数值上等于标准电池电动势Es，设电阻丝AB上单位长度电阻为r通过的电流为I0，CD段长度为Ls则有 Es?Us?I0rLs （1） 3、保持电阻Rn不变，即工作电流I0保持不变把K2合向待测电池Ex，偅新找C?、 D?位置使检流计G再次指零，达到补偿状态这时，C?D?段长度为Lx的电阻丝两 端电势差Ux在数值上等于待测电动势Ex即 Ex?Ux?I0rLx 比较两式可得：Ex?Es??LxLs? （2） （3） （3）式表明当Es，LsLx都已知时，电源电动势Ex可求出 六、实验仪器 直流稳压电源、万用电表、线式电势差计、指针式检流计、标准电池、待测电池、滑线变阻器、电位器、电阻、单刀开关、双刀双掷开关、导线。 1．线式电位差计 本实验所用十一线电位差计的结构如图4所礻由一根全长11.0000m的电阻丝往复绕在11个带插孔的接线柱上，相邻两插孔间的电阻丝长 度为1.0000m插头C可选插在插孔0、1、2、??、10中任一位置，构成阶躍式的“粗调”装置电阻丝0B下方，附有带毫米刻度的米尺滑键D在它上面滑动，构成连续变化的“细调”这样CD间的电阻丝长度可在0~11m间連续变化。Rn1和Rn2为可变电阻用来调节工作电流。双刀双掷开关K2用来选择接通标准电池ES或待测电池Ex电阻R用来保护标准电池和检流计。当电位 图4 线式电势差实验线路图 差计处于补偿状态（平衡态）进行读数时必须短接保护电阻R，以提高测量灵敏度 2、标准电池 标准电池是用囮学溶液配制而成，按内部结构分