实验：用电位差计测量电池的电动势和内阻.doc

实验：用电位差计测量电池的电动势和内阻.doc实验:用电位差计测量电池的电动势和内阻
【实验目的】
了解箱式电位差计的结构和原理。
学习用电位差计测电动势(或电压)、电流和电阻的方法。
【实验仪器】
UJ33a型筘式电位差计,直流稳压电源,电阻箱,待测干电池,待校
准电表,开关和导线,滑线变阻器。
【实验原理】
1、电位差计原理
图1是电位差计的原理简图,它的基本电路由三部分组成:工作电流
回路,包括E, RAB, RBC, RP, E为辅助电源;校准工作电流回路,包括
EN,RN,检流计G等;测量回路,包括Ux,Rx,检流计G等。
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图1电位差计原理简图
“校准”。将图中开关K合向标准电动势EN侧,取RN为一预定
值,调节RP,使电流计G指零,显然有
EI0?N (1) RN
这一步骤的目的是使工作电流回路内的Rx中流过一个已知的“标准”
电流10。
“测量”。将开关合向未知电压Ux—侧,保持10不变,调节Rx
使检流计指零。则有
乘积lORx是测量回路屮一段电阻上的分压,可叫做补偿电压。被测电
压与补偿电压极性相反且大小相等,因而互相补偿(平衡)。这种测Ux的
方法叫补偿法。
“电压灵敏度”
由于检流计灵敏度的限制,当观察不出指针偏转时,并不说明完全没
有电流通过。为
了描述检流计所带来的系统误差,引入“电压灵敏度”概念,即当检
流计指零后,改变Rx,使Rx两端的电压U产生一个改变量?U,这时检流
计指针偏转?n格,电位差计灵敏度S定义为:
S??n(div/V) (3) ?U
电位差计的特点
准确度高。电位差计是一个电阻分压装置,它将被测电压Ux和一
标准电动势接近于直接加以并列比较。Ux的值仅取决于电阻比及标准电动
势,因为标准电池EN及各电阻都可以做得很准确和稳定,所以可能达到
的测量准确度较高。
灵敏度高。上述“校准”和“测量”两步骤中检流计两次均指零,
因而具有较高的灵敏度。③“内阻”高。电位差计达到平衡时,不从被
测对象中吸取或注入电流,使得EN、Ux的内阻,以及这些回路的导线电
阻、接触电阻都不产生附加电压降,不会影响测量结果。因此,电位差计
可相当于“内阻”极高的电压表。
2、电位差计测电源电动势和内阻
电位差计
+-ROX
图2 图3
EX r
测量电路图如图2所示,当开关K断开时,电位差计直接测量被测电
源电动势Ex。当开关K合上时,测标准电阻R0两端电压Ux,由于
Ux?lxRO
Ex?lx(r?RO)?
所以Uxr?Ux
RO
Ex?UxRO (4) Ux
若被测电源电动势大于电位差计量程时,可采用标准电阻分压,如图
3所示,测电动势Ex时,R1,R2取较大值(如取几千欧姆,可忽略电源的
内压降),用电位差计测出R1两端电压U1后,再根据电阻分压比算出Ex
R?R2Ex?lUl (5) R1
测电源内阻时,Rl、R2取较小值(如取几十欧姆),用毫安表测回路
电流I,用电位差计测出U1后,再根据电阻分压比算出电源的端电压
R?R2Ux?lUl R1
根据全电路欧姆定律,得:r?
Ex?Ux?lr I?U1 R1
r?Ex?UxEx?Ux?Rl (6) lUx
3、电位差计测电流
测量电路图如图4所示,当R为标准电阻时,测出其两端的电压Ux,