超给力电位差计测电阻率设计实验报告.doc

大学物理实验设计性实验
--电位差计测金属丝电阻率
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【实验目的】
1. 初步了解电位差计的结构,并学会正确使用;
2了解并掌握电位差的工作原理—补偿原理。
3能用电位差计进行电阻率的测定。
4了解设计性实验的工作方法,培养独立工作的能力。
5培养对物理实验的兴趣,为以后在物理上的发展打下基础。
【实验原理】
利用电位差计,通过补偿原理,来测定未知电阻和已知电阻两端的电压,利用分压原理,算出未知电阻的阻值,利用螺旋测微器和刻度尺测出电阻丝的长度和横截面积的直径,通过电阻率公式即可计算出电阻率。
补偿原理
在图1的电路中,设E0是电动势可调的标准电源,Ex是待测电池的电动势(或待测电压Ux),它们的正负极相对并接,在回路串联上一只检流计G,用来检测回路中有无电流通过。设E0的内阻为r0;Ex的内阻为rx。根据欧姆定律,回路的总电流为:


电位差原理
如果我们调节E0使E0和Ex相等,由(1)式可知,此时I=0,回路无电流通过,即检流计指针不发生偏转。此时称电路的电位达到补偿。在电位补偿的情况下,若已知E0的大小,就可确定Ex的大小。这种测定电动势或电压的方法就叫做补偿法。
显然,用补偿法测定Ex,必须要求E0可调,而且E0的最大值E0max>Ex,此外E0还要在整个测量过程中保持稳定,又能准确读数。在电位差计中,E0是用一个稳定性好的电池(E)加上精密电阻接成的分压器来代替的,如图2所示。
图2中,由电源E、限流电阻R1以及均匀电阻丝RAD构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I0,并在电阻RAD上产生均匀的电压降。改变B、C之间的距离,可以从中引出大小连续变化的电压来,起到了与E0相似的作用。为了能够准确读出该电压的读数,使用一个标准电池进行校准。换接开关K倒向“1”端,接入标准电池ES,由ES、限流电阻R2、检流计G和RBC构成的回路称为校准回路。把B、C固定在适当的位置(如图中的位置),设
RBC=RS,调节R1(即调节I0),总可以使校准回路的电流为零,即RS上的电压降与ES之间的电位差为零,达到补偿。
由欧姆定律可知:
即
(2)
这一过程叫做电位差计的校准,又称“工作电流的标准化”。
测量Ex时,把换接开关投向“2”端,接入待测电池Ex。接入待测电池Ex,由Ex、限流电阻R2、检流计G和RBC’构成了测量回路。调节BC’之间的距离,总可以找到另一位置BC’,使测量回路的电流为零,即RBC’上的电压降和Ex之间的电位差为零,测量回路达到补偿。设此时RBC’=Rx,于是有
可推导出出

以上这种调节补偿的方法,叫做“定流变阻”调节法。
UJ361型电位差计的工作原理如图3所示。图中Ex是待测电动势;ES是标准电池;RS是标准电阻;G是检流计。


当把开关 K 掷向 aa 端时,标准电池 ES 所在回路接通,调节工作回路中的电阻
Rp,即改变通过标准电阻RS及RAB的电流,直至检流计G的指针指零,此时
利用公式

【实验仪器及介绍】
UJ31型电位差计、检流计、滑线变阻器、直流电阻箱、标准电池、待测电池、稳压电源、单刀开关、单刀(双刀)双掷开关、待测电阻、螺旋测微器、刻度尺、导线若干