用线式电位差计测电动势

课题 用线式电位差计测电动势

1．了解电势的补偿原理，并理解用电势差计测电动势的基本方法和特点；

教学目的 2．掌握电势差计的工作原理和结构特点；

3．学会用线式电势差计测量电源电动势。

重难点 1．补偿法的理解；

2．电势差计的正确使用。

教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。

学时 3个学时

一、前言

电势差计是一种精密的电学测量仪器，在精密测量中，电势差计是应用最广的仪器之一，它主要用来测量电动势、电势差和校准电表，还可用于间接地测量电阻、电流和一些非电量（如温度、压力）等，其精度可达0.1%～0. 03%。

用电势差计测电动势，就是将未知电压与电势计上的已知电压相比较。测量中由于电势差不从被测对象中取用电流，并且应用了标准电池、标准电阻及高灵敏度检流计，因而测量精度高，测量结果可靠。

二、实验仪器

直流稳压电源，万用表，线式电势差计，指针式检流计，标准电池，待测电磁，滑线变阻器，电位器，双掷双刀开关，单掷单刀开关，带保护电阻单刀开关，导线。

三、实验原理

关键讲清两点：1、补偿法 2、补偿法的实现

（一）直接用电压表测量电动势时，得到的是电池两端的路端电压，由于电池有内阻，只要有电流通过，它就会有电压降，所以电压表的示值（端电压）总是小于电源电动势。

（二）补偿法:要消除电池内阻产生的电压降，就必须使流过电池的电流为零，因此要测量未知电动势，原则上按图4.8－1所示电路进行，电势差计就是利用补偿法测电池的电动势。

（三）电势差计工作原理

实际使用中，精度高而连续可调的电动势是没有的。为了实现上述测量，通常采用分压的方法。电势差计就是根据补偿原理制成的高精度分压装置。电势差计有多种类型，本实验使用的是线式电势差计，其原理如图4.8－2所示。电势差计主要由工作回路、校准回路和待测回路三个部分组成。

1．接通后，有电流通过电阻丝。

2．标准化：把拨向标准电池，检流计上有可能有电流流过，适当调整、两点位置，找到合适的、长度，使的指针零偏转，即，此时，电路处于平衡状态，电阻上的电压降与标准电池的电动势互为补偿。

如果单位长度电阻丝电阻为，长度为，则有

端的电势差：

3．保持电阻不变，即工作电流保持不变，把合向待测电池，重新找、位置，使检流计再次指零，达到补偿状态。

长度为，则

则有：

当，，都已知时，电源电动势可求出。

四、实验内容与步骤

（一）仪器介绍

板式电势差计、标准电池（讲解注意事项以及不同温度对应值）、工作电源（稳压电源，调节电压值不得超过5）、待测电池（一节1.5电池）、滑线变阻器，电位器、检流计（讲解如何使用以及保护）、单刀开关（两个）、双刀双掷开关（讲解如何接线）。

（二）合理布置仪器

按图4.8－3正确连接线路，首先连接工作回路，再接待测回路，最后接校准回路。

（三）校准电势差计

首先测出始温，由表格查出此温下标准电池的电动势值，记录在数据表上，取电阻丝，确定长度为，根据公式，算出单位长度电阻丝上的电压降。将万用电表调至档，粗测待测电池电动势值，记录于数据表中，由公式,估算出测量电阻丝的大概长度。

其次将（滑线变阻器）、（电位器）调到中间位置，接上工作电源，合上开关，使工作回路接通，将端插入6号接线柱，端与0号接线柱密切接触，为使工作回路和标准回路尽快达到补偿状态，先用万用电表直流电压档测6号和0号接线柱间电压，调节使之约为1.02伏。将检流计锁扣，调至白色圆点处，调节检流计机械零点。然后进行粗校，粗校时将换向开关合向标准电池，接通校准回路，按下检流计电计钮，调节，使检流计指针指零。

最后进行细校，将开关合上，使保护电阻短路，微调，使检流计指针再次指零，此时电势差计被校准（即工作电流被校准）。

（四）测量未知电动势

首先粗测，断开开关、，根据估算长度确定端位置，将开关合向待测电池，接通待测回路，保持电阻、不变，接通检流计，保持端位置，并使之与电阻丝点接触，使检流计指针指零（粗测）。然后细测，合上开关，微调端位置，使检流计指针再一次指零，断开开关、,读取所测电阻丝长度。

（五）重复上述两个步骤，一共测五次。

五、数据表格及数据处理

1．数据表格

（1）单次测量

室温标准电池电动势

（2）多次测量

2．计算不确定度

（1）电势差计使用的电阻丝往复绕在11个接线柱上，考虑其缠绕不均，估计每米误差为，且误差为均匀分布，则（为实际使用长度）。

对确定长度

对测量长度

（2）标准电池在范围内的最大误差不超过，即。按正态分布处理，则

（3）合成不确定度（忽略检流计灵敏度不够引起的误差）

（4）测量结果表达式

六、注意事项

1．线路接好后，要仔细检查，确认无误方可接通电源，特别要注意正负极的连接，断开电源时，应先断开校准回路。

2．实验过程中强调保护标准电池和检流计不受损害，标准电池的通电时间不宜过长，通过标准电池和检流计电流都不宜过大。因此为避免出现过大电流，调试时应掌握先粗后细的原则，先粗测再细测。

3．工作电流标准化以后，、不可再改变，否则就必须重新进行校准。由于工作条件的不稳定，工作电流常偏离标准状态，为此每次测一次数据，必须重新进行一次校准，以减小测量误差。

4. 学会估计及趋势把握，节省时间，不要盲目寻找。

5. 调节电势差计D端时，D端与电阻丝只作点接触，严禁将D端按下后左右移动，避免刮伤电阻丝。

七、教学后记

1．本实验要测量的数据较多，实验的实际操作比较繁琐，因而学生感到完成实验有一定难度，因此在授课中强调学生一定要耐心调试。

2．学生对实验原理的具体实施理解不透，因而接线和实际操作中出现错误，例如补偿电阻的估计与插孔的寻找，因此在讲解原理时一定要讲清讲透。

3．学生实验操作中规范性不够，例如保护电阻的接入，标准电池和待测电池正负极的连接，万用电表的读数，有效数字的正确读取等等。

4．实验中要让学生在出现故障时，学会排除故障，并且能够自己动手解决问题，培养学生的动手能力。

5．实验报告填写时，要强调测量结果的标准化表达、不确定度的计算、实验分析以及课后思考题。

第二篇：线式电位差计测量电动势

线式电位差计测量电动势

实验者：同组实验者：指导教师：

班级：学号：联系号码：

【摘要】将电位差计中的补偿原理应用于电学物理量的测量，用线式电位差计测量电源电动势得到精确值。该方法可以可以排除电源电阻及其他电气原件的干扰，从而可以得到一个相对精确的电势值。

【关键词】电位差计，补偿原理，电动势

一，引言

用电位差计测量电动势，是将未知电动势与电位差计上的已知电压相比较。它和一般的电压表测电动势不同，不干扰待测电路，测量结果仅依赖准确度极高的标准电池和高灵敏检流计，排除了待测电源电阻和电压表等的误差干扰，因而测量的精确度极高。下面将就线式电位差计测量方法的应用和误差进行阐述。

二，设计原理

线式电位差计实验电路图如下

线式电位差计具有结构简单，测量结果精确的特点，图中的电阻丝长11m，往复绕在木板的11个接线插孔上，每两个插孔间的电阻丝长为1m，插头C可选插在插孔0至10之间的任意位置。电阻丝BO旁边附有mm刻度尺，触头D可在它上面滑动。改变插头C和滑动触头D的位置，可使CD间电阻丝长度在0—11之间连续变化。R0为可变电阻，用来调节工作电流。双刀双掷开关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，必须合上开关K3.使R短路，以提高测量灵敏度。

1，补偿原理

把电动势Ex、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。