北航基础物理实验研究性报告——电位差计及其应用.docx

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研究性实验报告
电位差计及其应用
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2015年xx月xx日
如图2所示“补偿”电路。如果cd可调，Ex，则总可以找到一个cd位置，使得Ex所在回路中无电流通过，这时Vcd=EX。上述原理称为补偿原理，回路EX→G→d→c→EX称为补偿回路；E→S→A→B→E构成回路成为辅助回路。为了确认补偿回路中没有电流通过（完全补偿），应当在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度检流计G，这种用检流计来判断电流是否为零方法，称为零示法。
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图 2 补偿法测电动势电路图
由补偿原理可知，可以通过测定Vcd来确定Ex，再采用比较测量法。如图2所示，把Ex接入RAB抽头，当抽头滑至位置cd时，G中无电流通过，则EX=IRcd，其中I是流过RAB电流；再把一电动势已知标准电池EN接入RAB抽头，当抽头滑至位置ab时，G再次为0，则EN=IRab，于是
Ex=RcdRABEN
这种方法是通过电阻比较来获得待测电压与标准电池电动势比值关系。由于RAB是精密电阻，RcdRAB可以精确读出，EN是标准电池，其电动势也有很高准确度，因此只要在测量过程中保持辅助电源E稳定并且检流计G有足够灵敏度，EX就可以有很高测量准确度。按照上述原理制成电压测量仪器叫做电位差计。
应该指出，上式成立条件是辅助回路在两次补偿中工作电流I必须相等。事实上，为了便于读数，I=ENRAB应当标准化（例如取I=I0≡1mA），这样就可由相应电阻值直接读出Vcd即EX=I0Rcd。在UJ25（见图3）中做法是在辅助回路中串接一个可调电阻RP，按公式Rab=ENI0预先设置好RAB，调节RP但不改变RAB，直至Vab=EN；再接入Ex，调节Rcd，并保持工作电流不变。
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（二）UJ25型电位差计
UJ25型电位差计是一种高电势电位差计，，，工作电流I0=1mA。它原理如图3所示，图4是它面板，上方12个接线柱功能在面板上已标明。图中RAB为两个步进电阻旋钮，标有不同温度标准电池电动势值，当调节工作电流是做标准电池电动势修正之用。RP（标有粗、中、细、微四个旋钮）做调节工作电流I0之用。RCD是标有电压值（即I0Rx）六个大旋钮，用以测出未知电压值。左下角功能转换开关，当其处于“断”时，电位差计不工作；处于“N”时，接入EN可进行工作电流检查和调整；处于X1或X2时，测第一路或第二路未知电压。标有“粗”、“细”、“短路”三个按钮是检流计（电计）控制开关，通常处于断开状态，按下“粗”，检流计接入电路，但串联一大电阻R＇，用以在远离补偿情况下，保护检流计；按下“细”，检流计直接接入电路，使电位差计处于高灵敏度工作状态；“短路”是阻尼开关，按下后检流计线圈被短路，摆动不止线圈因受很大电磁阻尼而迅速停止。
图3 UJ25型电位差计原理图
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图4 UJ25型电位差计面板
UJ25型电位差计使用方法如下：
1、调解工作电流：将功能转换开关置N、温度补偿电阻RAB旋至修正后标准电池电动势“”后两位，分别按下“粗”“细”按钮，调节RP至检流计指零。
2、测量待测电压：功能转换开关置X1或X2，分别按“粗”“细”按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD显示值为待测电压。[1]
四、实验仪器
ZX-21电阻箱（两个）、指针式检流计、标准电池、稳压电源、待测干电池、双刀双掷开关；UJ25型电位差计、电子检流计、待校电压表、待测电流表。
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五、实验内容
（一）自组电位差计
1、设计并连接自组电位差线路
（1）画出电路图，注意正确使用开关，安排好工作电流标准化及测量补偿回路。电路图未经教师审核不能通电。
图5 自组电位差计电路
（2）按设计要求（E≈3V， EX≈～，I= I0≡1mA, 按温度修正公式算出），设置各仪器或元件初值或规定值。
标准电池温度修正公式为：
EN≈E20-×10-5t－20℃-×10-6t－20℃2+9×10-9(t－20℃) 3
式中，E20为20℃时电动势，可取E20=
2、工作电流标准化，测量干电池电动势
（1）为保证测量准确性，每次测量后应校验工作电流有无改变
（2）在补偿调节中要采用跃接法
3、测量自组电位差计灵敏度
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（二）UJ25型箱式电位差计
1、使用UJ25型电位差计测量干电池电动势
设计并连接UJ25型电位差计线