实验名称：电位差计

实验目的：

a． 了解电位差计改装的原理，掌握一般使用的方法

b． 学习使用电位差计校准电流表

实验仪器：

UJ33a型电位差计等。

实验原理和方法：

一、“UJ33a型电位差计”使用方法

倍率开关K1平时处于“断”位置，使用时旋转到所需位置（本实验为“?1”位置），

开关K3 旋转至“测量”位置。接通电源后，旋动“调零”旋钮使检流计指零；将K2键扳

向“标准”，旋动 “工作电流调节”旋钮，使检流计指针指零，这时工作电流达到额定值10.0000mA，仪器准备就绪。

测量时，将调节补偿电压的三个盘或旋钮调到与待测电压差不多大小后，将K2键

位置，调节读数盘（一般调最右边的大盘即可），使检流计指针返零，松扳向“未知”

开K2键，即可读数。测量 完毕，K1扳回“断”位置。

二、电位差计工作原理和测量线路

电位差计采用比较法（补偿法）测量电压，测量时无须从待测电路取出电流，不会干扰待测电 路的工作状态，因而可以进行精密的测量。由于在结构上采用了高精度的电阻元件、标准电池和灵 敏的检流计，因而测量结果具有很高的精度。使用时将K2键扳向“标

准”，使标准电阻两端的电压 与标准电池电动势比较，调节“工作电流调节”旋钮使检流计指零，则工作电流为10.000mA，再 将待测电压与某一段电阻上的电压进行比较，从而确定待测电压。

三、校准微安表

按照线路图连接好电路，并将标准电阻两旁的导线接到电位差计的“未知”接线柱，就可进行 微安表校准。所谓“校准”就是在每个电表电流读数下，测定电阻两端的准确电压，从而算出准确 电流，再与电表读数电流进行比较。所谓“上行”是指电流表读数由小到大逐点测定相应的电压值 （读至小数点后3位）；“下行”则由大到小逐点进行测定。校准电流数据填入到数据记录表中。

注意：1.校准电表前必须先进行检流计调零，并校准工作电流；

2.校准时要随时注意微安表读数是否稳定，如不稳定，应先将电流表稳定，再进行读数。

四、数据处理

算出“上行”、“下行”电流平均值，与表的读数值之差就是电流表在该读数下的误差?I；在 坐标纸上作出?I?I校准曲线，然后确定改装表的等级：

E?100??Imax/I0 此处I0?2000?A为电流表量程。当E?0.5为0.5级，0.5?E?1.0为1.0级，

为 1.5级，1.5?E?2.0为2.0级?。由此确定被校准表的实际等级。 1.0?E?1.5

思考题：

1．电位差计测电压的方法与用电压表测电压的方法有什么不同

答： 用电位差计测电压采用的是比较法测量电压，测量时候不需要从待测电路中取出电流，不 会干扰到待测电路的工作状态，因此可以进行精确度很高的测量；而用电压表测量电压， 用的是直接的测电流，因为制作高精度的电压表相当困难，而且无论电压表多么理想，实 际上，它还是会干扰到待测电路的电流，因此进行高精度测量时不宜采用直接用电压表测 量电压。

2．电位差计的测量结果能具有很高的精度？

答：电位差计不需要从待测电路中取出电流，不会干扰到待测电路的工作状态，因而可以进行 精密测量。由于在结构上采用了高精密度的电阻元件、标准电池和灵敏的检流计，因而测 量结果具有很高的精度。

3．如果不校准工作电流就进行测量，会有什么后果？

答：电位差计测量电压采用的是比较法，校准电流是为了能达到我们的精度要求，如果不进行 校准工作电流，就会产生系统误差，从而导致测量结果存在奔可以避免的误差，影响数据 的精确度。

4．直流电位差计中为什么要使用标准电池？ 答：由电位差计的工作原理可以知道：Ip?101.86?， EnRn，电位差计的工作电阻为标准电阻 工作电流Ip为10.000mA，标准电压为1.01860V，若不使用标准

产生变化，从而影响实验的测量数据精度。 电池，则工作电流也酒会

 

第二篇：测量电池电动势和内阻的数据处理和误差分析

浅析测电源的电动势和内电阻实验

测量电池电动势和内阻的实验原理是闭合电路的欧姆定律，公式E?U?Ir,U为电源两端电压，即外电路电压，I为流过电源电流，即干路电流，采用的电路图有电流表外接法（图甲）和电流表内接法（图乙）：

以上两个实验方案均存在系统误差，图甲中由于电压表的分流，所测电流并不等于干路电流，图乙中由于电流表分压，所测电压并不等于外电路电压，现用不同数据处理方法比较如下：

一、计算法

用E、r分别表示电动势和内阻的测量值，E0、r0表示其真实值。

若采用图甲，RV表示电压表内阻：

若不考虑RV内阻：E?U1?I1r

E?U2?I2r

若考虑RV内阻： E?U1?(I1?U1)r0 RV

U2)r0 RV E?U2?(I2?

计算得：E?RVE0RVr0 、R? RV?r0RV?r0

则不难看出：E?E0、r?r0

若采用图乙，RA表示电流表内阻：

若不考虑电流表内阻RA： E?U1?I1r

E?

U2?I2r

若考虑电流表内阻RA：E?U1?I1(r0?RA)

E?U2?I2(r0?RA)

计算得：E?E0、r?r0?RA

可见，电动势测量准确，而r?r0

二、电路分析法：

当选用图甲时，从电路上分析，由于实验把变阻器的阻值R看成是外电路的电阻，因此电压表应看成内电路的一部分，故实际测量出的是这一整体的电动势和等效内阻（图甲中虚线部分），因为电压表和电池并联，所以等效内阻R应等于电池真实值r0和电压表内阻RV并联值，即R?RVr0?r0,此时如果断开外电路，则电压表两端电压U等于电动势测量RV?r0

RVE0?E0。 RV?r0值E,而电池与电压表构成回路，所以有：E?

当选用图乙时，把滑动变阻器当成外电路，因此电流表应看作内电路的一部分（图乙中虚线部分），因为电流表与电池串联，所以等效内阻应等于电池内阻真实值r0和电流表内阻RA之和，即r?r0?RA?r0,此时如果断开外电路，则电流为0，其两端电势相等，等效电源的电动势E就是电源电动势的真实值E0。

三、图像法： 若采用图甲，I?I测?U,当U?0时，I?I测；当U?0时，I?I测，作图丙（虚RV

线表示测量结果，实线表示真实情况），可得E?E0,r?r0。

若采用图乙，U?U测?IRA,当I?0时，U?U测，当I?0时，U?U测，作图丁（虚线表示测量结果，实线表示真实情况），可得E?E0,r?r0。

丙 丁

采用图像法可对误差做出定性分析。

四、其他方法

1、 用一只电流表和一只电阻箱测量

实验原理图如图所示：

由欧姆定律E?I?R?r?可知，测出两组电阻箱的不同值及其对应的电流，由E?I1?R1?r?，E?I2?R2?r?可得：

E??R1?R2?I1I2，r?I1R1?I2R2

I2?I1I2?I1

式中I1、I2是电阻箱分别取R1和R2时电流表读数。

说明：此种方法使测得的电动势无系统误差，但内阻比真实值偏大。

2、用一只电压表和一只电阻箱测量

实验原理图如图所示：

根据E?U?Ur，测出两组电阻箱不同值及其对应的电压，即有 R

E?U1?U1rUr，E?U2?2 R1R2

得：E?U1U2?R2?R1?

U1R2?R1U2U1?U2?R1R2? ，r?U2R1?U1R2

说明：此种方法测得的电动势和内阻均比真实值偏小。

五、方法选择：

从上述测电源电动势和内电阻的两种实验电路的误差分析可知，用电流表内接法有E?E0,r?r0；而用电流表外接法测有E?E0,r?r0，鉴于此，认为宜选择前种，即用电流表内接法，因用这种接法所测电动势更准确，但高中物理教材所设置的学生实验却选用后者，即用电流表外接法，其原因何在呢？原来，若单纯地测电源的电动势宜选前种接法，但有关的学生实验中还要求兼测电源的内电阻．若用电流表内接法，所测电动势虽无系统误差，但所测内电阻的系统误差较大，而选择电流表外接法，所测电动势与内电阻虽均偏小，但其误差甚小，故两种接法相比较且经权衡，电流表外接法较内接法优越，这就是高中物理教材上选择电流表外接法来测量电源电动势和内电阻的理论依据。

学生对实验数据灵活采用不同的处理方法和误差的分析，可加深对实验原理的理解和掌握，有助于提高学生分析问题和解决问题的能力。

浅析测电源的电动势和内电阻实验

聊城第四中学

葛成启

葛成启

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