北航基础物理实验研究性报告——电位差计及其应用.docx

研究性实验报告电位差计及其应用学 号 生 姓 名段毓第二 作者 学号 二 作者 姓名周亮宇2013年12月12日摘要电位差计的测量准确度高，且避免了接入误差，但它操作比较复杂，也不容易实现测量的自动化。现今，电压测量已逐步被数字电压表所代替，其因为内阻高、自动化测量容易，得到广泛的应用。尽管如此，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。此外，直流比较式电位差计仍是目前准确度较高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。关键字：电位差计，补偿法AbstractPotentiometer is an instrument for measuring the potential (voltage) in a circuit. The accuracy of the potentiometer is high and it can avoid the errors made when wires of power meters are connected. But operating the potentiometer is very complex. And it is not easy to achieve measuring automatically. Today, the instrument for measuring the voltage is replaced by digital voltmeters. The digital voltmeter has high internal resistance and it can measure the voltage automatically. So it is used widely. Nevertheless, the potentiometer still has its important value of experiment as a typical application of the compensation method. In addition, comparing DC-potentiometer is still the most accurate instrument measuring the high voltage. And it is often used as the standard instrument in the test of digital voltmeters and other precisely-measuring-voltage instruments. Keywords：Potentiometer, compensation method 目录一、实验目的1、学习补偿原理和比较测量法；2、牢固掌握基本电学仪器的使用方法，进一步规范实验操作；3、培养电学实验的初步设计能力；4、熟悉仪器误差限和不确定度的估算；5、熟悉指针式检流计的使用方法。二、实验原理1.补偿原理测量干电池电动势Ex的最简单方法是把伏特表接到电池的正负极上直接读数（见图一），但由于电池和伏特表的内阻（电池内阻r≠0，伏特表内阻R不能看做∞），测得的电压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流，从而改变了被测电路的状态。此误差称为接入误差。为了避免接入误差，采用如图二所示的“补偿电路”。如果cd可调，EEx，则总可以找到一个cd的位置，使得Ex所在回路中无电流通过，这是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构成的回路成为辅助回路。为了确认补偿回路中没有电流通过（完全补偿），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，称为零式法。图 2补偿法测电动势有补偿原理可知，可以通过测定Vcd来确定Ex，再采用比较测量法来精确测定Ex。如图二所示，把Ex接入RAB的抽头，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再一次为0，则EN=IRab，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，Rcd/Rab可以精确度出，EN是标准电池，其电动势也有很高的精确度，因此只要在测量过程中保持辅助电源E的稳定并且检流计G有足够的灵敏度，EX就可以有很高的测量准确度。按照上述原理制成的电压测量仪器叫做电位差计。应该指出，上式成立的条件是辅助回路在两次补偿中