电位差计(大学物理).doc

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用电位差计测量电动势（或电压），是将未知电动势（或电压）与电位差计上的已知电压相比 较。它不像电压表那样要从待测线路中分流， 因而不干扰待测电路， 测量结果仅依赖准确度
极高的标准电池和高灵敏检流计。 所以，电位差计测量电压的精度较高。 它是精密测量中应
用最广的仪器之一， 不但用来精确测量电动势、电压、电流和电阻等， 还可以用来校准电表
和直流电桥等直读式仪表，在非电参量 （如温度、压力、位移和速度等 ）的电测中也占有重要
地位。
实验目的：
1掌握电位差计的工作原理和结构特点；
2、 学习用电位差计测电源电动势。
3、 学习用电位差计测电源内阻 （选作）
实验原理：
电压表接至电池两端，如图 1所示时，电压表显示的是电池的端电压，不是电池的电动
势。其原因在于电池内阻不为零， 流经电压表的电流在电池内部产生了内压降。 只有当电池
内部没有电流时，电池两端的电压才等于电动势。 但是，无电流通过电池时，电压表示值为
零。因此，从原理上讲不可能用电压表测量电池的电动势。
电位差计的补偿原理
电位差计是一种利用补偿原理测量电动势或电位差的仪器， 其基本原理可用图2所示电
路说明。Ex是待测电动势的电源， Eo是可输出电压的电源。调节 Eo使检流计指针示零，此
时电路中两个电源的电动势必然大小相等， 这说明待测电池的电动势 Ex已经被可调电源 Eo
的输出电压所“补偿”。若已知E。，则可测得Ex。实际应用中Eo来自某个经校准的电压， 其大小用分压方式调节。
线式电位差计测量电池电动势的原理
如图3所示，由工作电源E,滑线变阻器Rp、工作电源控制开关 Ki及一均匀电阻丝 AB 组成工作回路。其中 Rp用于调节AB上电压降的大小；由标准电池 Es、检流计G、开关 K2及C' D段电阻丝组成工作电流校准回路；由待测电池 Ex、检流计G、开关K3及CD段
电阻丝组成工作电流测量回路；校准回路与测量回路都属于补偿回路。
电位差计的使用包括校准与测量两大步骤。利用某个电压标准 （标准电池），通过改变Rp
确定工作电流的过程称为校准。测量必须在校准的工作电流下进行。
用标准电池校准时，如图 3所示，闭合K2并断开K3,调节Rp大小及界段电阻丝使检
流计指针示零，此时校准回路达到补偿状态，显然有
Es =Ir oLs
（1）
式中r0为电阻丝单位长度上的电阻值， Ls为C' D段电阻丝长度。测量时保持工作电流 不变（即不再调节 Rp），闭合K3并断开K2,改变CD段电阻丝长度使检流计指针示零，此 时测量回路达到补偿状态，显然有
Ex=lroLx
⑵
式中Lx为CD段电阻丝长度。由式（1）⑵易得
Ex=Es
Lx
Ls
⑶
若已知Es,通过测量出Lx、Ls，则可由式 ⑶求出Ex。
为得到较高得测量准确度， 应适当选择电位差计得量程， 其方法是通过调节 Rp使得Lx、
Ls中的较大值接近于电阻丝总长度 AB。
根据上述原理可知，电位差计测量电动势（或电压）不像电压表那样要从待测电路中分流， 因而不干扰待测电路， 测量结果仅仅依赖于准确度极高得标准电池、