實驗五 用板式電位差計測量電池的

實驗五

用板式電位差計測量電池的電動勢【實驗?zāi)康摹?.了解電位差計的結(jié)構(gòu)，正確使用電位差計；2.理解電位差計的工作原理－－補(bǔ)償原理；3.掌握線式電位差計測量電池電動勢的方法；【實驗儀器】板式電位差計、檢流計、滑線變阻器、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電池、待測電池、穩(wěn)壓電源、單刀開關(guān)、雙刀雙擲開關(guān)【實驗原理】電源的電動勢在數(shù)值上等于電源內(nèi)部沒有電流通過時兩極間的電壓。如果直接用電壓表測量電源電動勢，其實測量結(jié)果是端電壓，不是電動勢。因為將電壓表并聯(lián)到電源兩端，就有電流通過電源的內(nèi)部。由于電源有內(nèi)阻，在電源內(nèi)部不可避免地存在電位降，因而電壓表的指示值只是電源的端電壓（）的大小，它小于電動勢。顯然，為了能夠準(zhǔn)確的測量電源的電動勢，必須使通過電源的電流為零。此時，電源的端電壓才等于其電動勢。

1.補(bǔ)償原理如圖所示，把電動勢分別為、的電源和檢流計G聯(lián)成閉合回路。當(dāng)<時，電流方向如圖所示，檢流計指針偏向一邊。當(dāng)>時，電流方向與圖示方向相反，檢流計指針偏向另一邊。只有當(dāng)時，回路中才沒有電流，此時i＝0，檢流計指針不偏轉(zhuǎn)，我們稱這兩個電動勢處于補(bǔ)償狀態(tài)。反過來說，若i＝0，則。2.電位差計的工作原理如圖所示，AB為一根粗細(xì)均勻的電阻絲，它與滑線變阻器及工作電源E、電源開關(guān)組成的回路稱作工作回路，由它提供穩(wěn)定的工作電流；由待測電源、檢流計G、電阻絲CD構(gòu)成的回路稱為測量回路;由標(biāo)準(zhǔn)電源、檢流計G、電阻絲CD構(gòu)成的回路稱為定標(biāo)（或校準(zhǔn)）回路?；€變阻器用來調(diào)節(jié)工作電流的大小，電流的變化可以改變電阻絲AB單位長度上電位差的大小。C、D為AB上的兩個活動接觸點，可以在電阻絲上移動，以便從AB上取適當(dāng)?shù)碾娢徊顏砼c測量支路上的電位差（或電動勢補(bǔ)償）。當(dāng)電鍵接通，既不接通、又不與接通時，流過AB的電流和CD兩端的電壓分別為（1）（2）式中r為電源E的內(nèi)阻。當(dāng)電鍵倒向1時，則AB兩點間接有標(biāo)準(zhǔn)電源和檢流計G。若>時，標(biāo)準(zhǔn)電池充電，檢流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；若<時，標(biāo)準(zhǔn)電池放電，檢流計的指針反向偏轉(zhuǎn)；若＝時，檢流計的指針指零，標(biāo)準(zhǔn)電池?zé)o電流流過，則就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢，此時稱電位差計達(dá)到了平衡。令C、D間長度為，因為電阻絲各處粗細(xì)均勻、電阻率都相等，則電阻絲單位長度上的電壓降為。1)電位差計的定標(biāo)我們把調(diào)整工作電流使單位長度電阻絲上電位差為的過程稱為電位差計定標(biāo)。為了能相當(dāng)精確地測量出未知的電動勢或電壓，一般采用標(biāo)準(zhǔn)電池定標(biāo)法。圖中電鍵倒向1時接通回路，稱之為定標(biāo)（或校準(zhǔn)）回路。實驗室常用的標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢為＝1.0186V,可先選定，例如，若選定每單位長度（）電阻絲上的電位差為，則應(yīng)使C、D兩點之間的電阻絲長度為然后調(diào)節(jié)滑線變阻器，用以調(diào)整工作電流，使C、D上的電位差和相互補(bǔ)償，使電位差計達(dá)到平衡。經(jīng)過這樣調(diào)節(jié)后，每單位長度電阻絲上的電位差就確定為0.2000V，即＝0.2000V。此時電位差計的定標(biāo)工作就算完成。經(jīng)過定標(biāo)的電位差計可以用來測量不超過的電動勢或電壓。2）測量

在保證工作電流不變的條件下，將撥向2，則CD兩點間的換接了待測電源，由于一般情況下，因此檢流計的指針將左偏或右偏，電位差計失去了平衡。此時如果合理移動C和D點的位置以改變，當(dāng)＝時，電位差計又重新達(dá)到平衡，使檢流計G的指針再次指零。令C、D兩點之間的距離為，則待測電池的電動勢為（4）（4）而電位差計定標(biāo)后每單位長度上電位差為＝，（可在實驗前先選定），則有所以，調(diào)節(jié)電位差計平衡后，只要準(zhǔn)確量取值就很容易得到待測電源的電動勢。這就是用補(bǔ)償法測電源電動勢的原理?！緦嶒瀮x器介紹】板式電位差計如圖4所示，AB為粗細(xì)均勻的電阻線，全長為11m，往復(fù)繞在木板0，1，2，…，10的11個接線插孔上，每兩個插孔間電阻線長1m，剩余的1m電阻線OB下面固定一根標(biāo)有毫米刻度的米尺。利用插頭C選插在0～10號插孔中任意一個位置，接頭D在OB上滑動，接頭C，D間電阻線長度在0～11m范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。例如：要取接頭C，D間電阻線長度為5.0930m，可將C插在插孔“5”中，滑鍵D的觸頭按在米尺0.0930m處。這時接頭C，D之間的電阻線長即為所求?！緦嶒瀮?nèi)容與步驟】（1）測量前的準(zhǔn)備。觀察、熟悉儀器裝置后，按圖3連接好電路，各開關(guān)處于斷開位置。工作電源用直流穩(wěn)壓電源，為保護(hù)電阻，用以保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)電池和檢流計，為滑線變阻器，為標(biāo)準(zhǔn)電源，為待測電源，G為檢流計。注意工作電源E的正負(fù)極應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)電池和待測電池的正負(fù)極相對應(yīng)，不能接錯。保護(hù)電阻、滑線變阻器均置于阻值最大的位置。（2）給電位差計定標(biāo)。選定電阻絲單位長度上的壓降值，計算出。將倒向“1”，“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇祝{(diào)節(jié)“D”，使CD間電阻絲長度等于。然后接通,改變滑線變阻器使工作電流慢慢增大，同時斷續(xù)按下滑動觸頭“D”，直到G的指針不偏轉(zhuǎn)。然后將滑動端移動到阻值為零位置，再次細(xì)調(diào)，并斷續(xù)按下觸頭“D”，使G的指針不偏轉(zhuǎn)，此時電阻絲每單位長度上的電位差為，電位差計定標(biāo)完畢。斷開，將保護(hù)電阻的滑動端恢復(fù)到阻值最大位置。（3）測量電源電動勢。粗調(diào)：倒向“2”，估算大約應(yīng)取的長度，將“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇住＜?xì)調(diào)：接通，移動滑動鍵并斷續(xù)按下滑動觸頭，到G的指針基本不偏轉(zhuǎn)為止。該步驟采用先找到G的指針向相反方向偏轉(zhuǎn)的兩個狀態(tài)，然后用逐漸逼近的方法可以迅速找到平衡點。微調(diào)：使保護(hù)電阻的取值為零，微調(diào)觸點D的位置，調(diào)至完全平衡，記錄的長度。（4）計算的值，公式如下：（5）重復(fù)步驟（2）（3）進(jìn)行5次測量，測量數(shù)據(jù)計入表格。測量定標(biāo)時可將改為其它值?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】1．記下實驗所用標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢ES和定標(biāo)后的U0

.2．記錄表格3．分析指出用板式電位差計測未知電動勢的系統(tǒng)誤差所在。測量次數(shù)電阻絲長度待測電動勢12