大学生电位差计实验.doc

大学生电位差计实验
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,E0是可输出电压的电源。调节E0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E0的输出电压所“补偿”。若已知E0,则可测得Ex。实际应用中E0来自某个经校准的电压,其大小用分压方式调节。
图1 图2
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K1
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 =Ir0Ls
(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=Ir0Lx
(2)
式中Lx为CD段电阻丝长度。由式(1) (2)易得
Ex=Es Lx / Ls
(3)
若已知Es,通过测量出Lx、Ls,则可由式(3)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、高灵敏度得检流计和在实验中容易准确测定的电阻丝长度(在箱式电位差计中使用标准电阻箱测电阻),所以,用电位差计测量电动势(或电压)具有很高的准确度。
图3
实验仪器:
十一位电位差计、待测电池、标准电池、检流计、保护电键、电阻箱、滑线变阻器、双刀双掷开关、单刀单掷开关、电压表、电源、导线等。
图4
十一位电位差计板如图4所示,电阻丝AB长11m,往复绕在木板的是一个接线插孔B、0、1、??10间,每两个连续插孔间电阻丝长为1m。
图4中虚线框所示为保护电键。保护电键有断开与闭合两种状态,分别起到限制与不限制电路中电流的作用。本实验中保护电键保护的对象是标准电池