自组电位差计测干电池电动势.docx

研究性报告(基础物理实验)
自组电位差计测干电池电动势
院(系)名称机械工程及自动化学院
班级 130714班
第一作者
第二作者
2014年 12 月 10日
电位差计及其应用
目录
电位差计及其应用 2
目录 2
一、摘要 2
二、实验要求 3
实验重点 3
预习要点 3
三、实验原理 4
补偿原理 4
零示法 4
测量原理 4
四、实验仪器 5
五、实验内容 5
六、数据记录与整理 6
数据记录 6
计算Ex及不确定度 7
计算Ex 7
7
灵敏度误差 7
Ex的不确定度 8
8
七、误差分析 8
八、实验中的经验教训 9
九、对该实验的改进及感想 9
十、参考文献 10
图表 1 5
图表 2 5
图表 3 6
图表 4 自组电位差计测量数据表 7
一、摘要
电位差计的测量准确度高,且避免了测量的介入误差,但它操作比较复杂,也不易实现测量的自动化。但是,电位差计作为补偿法的典型应用,在电学实验中仍有重要的训练价值。在本实验中,通过利用补偿原理设计自组电位差计来测量干电池电动势,分析测量结果及计算不确定度,并进一步分析误差来源和实验改进方法。
关键字:电位差计、补偿法、比较测量法。
二、实验要求
实验重点
学习补偿原理和比较测量方法;
牢固掌握基本电学仪器的使用方法,进一步规范实验操作;
培养电学实验的初步设计能力;
熟悉仪器误差限和不确定度的估算。
预习要点
本实验是如何实现补偿的?由电路中哪部分对待测电路进行补偿?
答:本实验是利用补偿原理来实现补偿的,由电路中的Ex→G→d→c→Ex部分来补偿。
为什么要采用比较测量法?本实验是怎样进行比较测量的?式()成立的条件是什么?
答:采用比较测量法是为了精确地测量V c d ,从而得到精确的Ex;
本实验是用一个确定的电源EN替换Ex,调节 AB至a b位置,使得检流计的指针指向零(G=0),再用电源Ex,调节AB至c d位置,使检流计指针指向零,则;
式成立的条件为辅助回路在两次补偿的工作电流必须相等。
通常要对工作电流进行标准化,这样做有什么好处?具体做法如何?
答:这样做的好处:可由相应的电阻值直接读出V c d 即Ex=I0 R c d。
具体做法:在辅助回路中串联一个可调电阻R p,按公式R a b=EN/I0预先设置好R ab,调节R p但不改变R ab,直至V ab=EN;再接入Ex,调节R c d,并保持工作电流不变。
怎样调节UJ25型箱式电位差计的工作电流?
答:使功能转换开关置N,温度补偿电阻R a b旋至修正后的标准电池电动势“”后两位,分别按下“粗”、“细”按钮,调节R p至检流计指零。
怎样正确使用指针式检流计?如何理解电学实验操作规程?
答:先调零,检查接线是否正确,量程是否正确,要把电流表串联进电路。
在保证人和实验器具不损坏的情况下调节仪器量程使结果更精确,保持桌面整洁。
三、实验原理
补偿原理
测量干电池电动势Ex的最简单的方法是把伏特表接到电池的正负极上直接读数(见图表1),但由于电池盒伏特表的内阻(电池内阻r≠0,伏特表内阻R不能看成∞),测得的电压V=Ex R/(R+r)并不等于电池的电动势Ex。它表明:因伏特表的接入,总要从被测电路上分出一部分电路,从而改变了被测电路的状态。我们把由此造成的误差称为接入误差。
零示法
为了避免接入误差,可以采用如图表2所示的“补偿”电路。如果c d可调,E>Ex,则总可以找到一个c d位置,使Ex所在回路中无电流通过,这是V c d=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构成的回路称为辅助回路。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的检流计G,这种用检流计来判断电流是否为零的方法,称为零示法。
测量原理
由补偿原理可知,可以通过测量V c d来确定Ex,接下来的问题便是如何精确测定V c d,在此采用比较测量法。如图表2所示,把Ex接入RAB的抽头,当滑头滑至位置c d时,G中无电流通过,则Ex=I*R c d,其中I是通过RAB的电流;再把一电动势已知的标准电池EN接入RAB的抽头,当抽头滑至位置ab时,G再次为零,则EN=I R ab,于是

这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关系的。由于RAB是精密电阻,R c d/R ab