十一线板式电位差计测电动势.doc

大学物理实验报告 实验名称 线式电位差计测量电动势 实验人员 陈晋 实验日期 2010.12.10 线式差计测量电动势 实验者：陈晋 指导老师：伊会听 （c09机械（1） 0座机电话号码，653571） 【摘要】随着科学技术的发展，干电池已经发展成为一个大的家族，到目前为止已经约有100多种就板式电位差计测量干电池电动势的实验设计及精确测量给出了一个解决方案.电位差计；. 补偿原理  如图1所示，把电动势分别为ES 、EX和检流计G联成闭合回路。当ES EX时，检流计指针偏向一边。当ES EX时，检流计指针偏向另一边。只有当ES EX时，回路中才没有电流，此时I＝0 ，检流计指针不偏转，我们称这两个电动势处于补偿状态。反过来说，若I＝0 ，则ES EX。 图1 补偿电路 2. 十一线电位差计的工作原理 如图2所示，AB为一根粗细均匀的电阻丝共长11米，它与直流电源组成的回路称作工作回路，由它提供稳定的工作电流I0；由待测电源EX、检流计G、电阻丝CD构成的回路称为测量回路;由标准电源ES、检流计G、电阻丝CD构成的回路称为定标（或校准）回路。调节总电流I0的变化可以改变电阻丝AB单位长度上电位差U0的大小。C、D为AB上的两个活动接触点，可以在电阻丝上移动，以便从AB上取适当的电位差来与测量支路上的电位差（或电动势补偿）。 图2 电位差计原理图 1 预设 当直流电源接通，K2既不与ES接通、又不与EX接通时，流过AB的电流I0和CD两端的电压分别为 （1） （2） 式中R为直流电源的总电阻。当电键K2倒向 1时，则AB两点间接有标准电源ES和检流计G。适当移动C和D点的位置以改变UCD 。当UCD＝ES时，检流计的指针指零，标准电池无电流流过，此时UCD就是标准电池的电动势，电位差计达到了平衡。令C、D间长度为lS ，因为电阻丝各处粗细均匀、电阻率都相等，则电阻丝单位长度上的电压降为ES / lS 。 2）测量 在保证工作电流I0不变的条件下，将K2拨向2，则CD两点间的ES换接了待测电源EX，由于一般情况下ES ≠ EX，因此检流计的指针将左偏或右偏，电位差计失去了平衡。此时如果合理移动C和D点的位置以改变UCD，当UCD＝EX时，电位差计又重新达到平衡，使检流计G的指针再次指零。令C、D两点之间的距离为lX，则待测电池的电动势为 EX ＝ESlX / lS 所以，调节电位差计平衡后，只要准确量取lX值就很容易得到待测电源的电动势。这就是用补偿法测电源电动势的原理。 【调试方案设计】 1、仪器用具：11线板式电位差计、检流计、标准电池、待测电池、稳压电源、单刀双掷开关、保护电路组 2、实验过程 （1）按图2连接好电路。 （2）测量电源电动势 粗调：接通电源E ，K2倒向“1”，估算lS大约应取的长度，将“C”插入适当的插孔。 中调：适当改变C、D位置，到G的指针基本不偏转为止。 （该步骤采用先找到G的指针向相反方向偏转的两个状态，然后用逐渐逼近的方法可以 迅速找到平衡点。） 微调：使保护开关电阻的取值为零，微调触点D的位置，调至完全平衡，记录lS的长度。 （3）K2倒向“2 ”，用相同的步骤测出lX （4）计算EX的值 （5）重复步骤（2）（3）（4）进行测量，测量数据计入表格。 【实验数据】 检流计灵敏度 4×10-6 mm 室温 19±1 ℃ Es 0.15V E 5V i 1 2 3 4 5 l左（m） l右（m） n 格 LS 9.766 9.669 9.324 9.249 9.388 9.005 9.780 3 LM 1.399 1.363 1.332 1.315 1.322 1.302 1.343 3 EX / / / 0.1447±0.0011V / / / 定量分析： 改变工作电流调节回路电压 检流计灵敏度 4×10-6 mm 室温 19±1 ℃ Es 0.15V E 3 i 1 2 3 4 5 l左（m） l右（m） n 格 LS 4.150 4.280 4.439 4.510 4.592 4.299 4.760 3 LM 0.612 0.631 0.657 0.668 0.682 0.676 0.691 3 EX / / / 0.1506±0.0013V / / / 【结论或总结】 1．由实验结果及定量分析可知，工作电流调节回路在3V左右时精度最大，升高电压导致精度下降，检流计产生的误差与由平均值导出不确定度相差不大，说明仪器测量比较精确。 2．节电势差计平衡的必要条件是E、ES和EX的极性不能接错，并且需满足E ES，E RX诸条件。 3．果EX E，为了测量待测电池的EX，