电位差计(指导书)..doc

上 海 电 力 学 院 物理实验指导书 所属课程： 大学物理实验 实验名称： 用电位差计测量电动势 面向专业： 全院理工科 实验室名称：物理实验室 2006年 2 月 一、实验目的： 1、掌握电位差计的工作原理和结构特点。 2、学习使用线式电位差计测量电动势。 二、实验仪器、设备： 名称 型号、规格 备注 十一线滑线式电位差计 --- 上海胜新电器厂 检流计 J0409 浙江温州广明电表厂 电阻器 上海电表厂 双刀双掷开关 --- --- 标准电池 +20℃ 上海精密科学仪器厂 待测电源 5号电池 --- 直流稳压电源 XJ17233L 上海无线电21厂 三、原理摘要——测量公式、测量电路图、光路图或其它示意图： 若将电压表并联到电池两端（图1），就有电流I通过电池的内部。由于电池有内电阻r在电池内部不可避免的存在电位降落Ir，因而电压表的指示值只是电池端电压V= Ex-Ir的大小。显然，只有当I=0时，电池两端的电压V才等于电动势Ex。 怎样才能使电池内部没有电流通过而又能测定电池的电动势EX呢？这就需要采用补偿法。 如图2所示，接通K1后，有电流I通过电阻丝AB，并在电阻丝上产生电压降落IR。如果再接通K2，可能出现三种情况： （1）当ExVCD时，G中有自右向左流动的电流（指针偏向一侧）。 （2）当ExVCD时，G中有自左向右流动的电流（指针偏向另一侧）。 （3）当Ex=VCD时，G中无电流，指针不偏转。我们将这种情况称为电位差计处于补偿状态，或者是说待测电路得到了补偿。 图2 电位差计原理图 图3 箱式电位差计原理图 在补偿状态时，Ex=IRCD。设每单位长度电阻丝的电阻为r0，CD段电阻丝的长度为LX，于是 EX=Ir0LX (1) 将可变电阻Rn的滑动端固定，即保持工作电流I不变，再用一个电动势为Es的标准电池替换图2中的Ex，适当地将C、D的位置调至C’、D’，同样可使检流计G的指针不偏转，达到补偿状态。设这时C’、D’段电阻丝的长度为Ls，则 Es=IrC’D’=Ir0Ls (2) 将式（1）和（2）相比得到 Ex=Es·Lx/Ls (3) 式（3）表明，待测电阻的电动势Ex可用标准电池的电动势Es和在同一工作电流下电位差计处于补偿状态时测得的Lx和Ls来确定。 用线式电位差计测电池的电动势的装置 线式电位差计 线式电位差计具有结构简单、直观、便于分析讨论等优点，而且测量结果亦较准确。具体结构见图4。图中的电阻丝AB长11米。往复绕在木板的十一个接线插孔0、1、2、……、10上，每两个插孔间电阻丝长为1米。插头C可选插在插孔0、1、……10中任一个位置。电阻丝B0旁边附有带毫米刻度的米尺，接头D在它上面滑动。插头AB间的电阻丝长度可在0～11间连续变化。Rn为可变电阻，用来调节工作电 图4 线式电位差计实验线路 流。双级转换开关K2用来选择接通标准电池Es或待测电池Ex。电阻R是用来保护标准电池和检流计的。在电位差计处于补偿状态进行读数时，必须关闭K3，使电阻R短路，以提高测量的灵敏度。 标准电池 这是一种用来作电动势标准的原电池。 由于内电阻高，在充放电情况下会极化，不能用它来供电。当温度恒定时，它的电动势恒定。在不同的温度（0～＋40℃）时，标准电池的电动势Es(t)要按下述公式换算 Es(t)=Es(20)－39.94×10-6(t－20)－0.929×10-6(t－20)2+0.0090×10-6(t－20)-3伏 其中Es(20)是＋20℃时的标准电池电动势，其值应根据所用标准电池的型号确定。 使用标准电池时要注意： 必须在温度波动小的条件下保存。应远离太阳光直射。 正负级不能接错。通入或取自标准电池的电流不应大于10-5～10-6安。不允许将两电极短路连接或用电压表去测它的电动势。 标准电池是装有化学物质溶液的玻璃容器，要防止振动或摔坏。一般不可倒置。在容器内加了微孔塞片的标准电池可防止倒置而损坏（具体情况要看标准电池外壳的说明）。 四、实验内容与步骤： 用线式电位差计测电池的电动势 1、按图4连接电路，注意（E、ES、Ex的正负极的接法），移动A、B的位置，使检流计中没有电流通过，此时AB间电阻线上电位差Vs等于被测电动势Ex，量得AB