電位差計(jì)測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

用線式電位差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)1．了解電勢(shì)的補(bǔ)償原理，并理解用電勢(shì)差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)的基本方法和特點(diǎn)；；教學(xué)目的2．掌握電勢(shì)差計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；3．學(xué)會(huì)用線式電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)。重難點(diǎn)1．補(bǔ)償法的理解；2．電勢(shì)差計(jì)的正確使用。學(xué)方法講授、討論、實(shí)驗(yàn)演示相結(jié)合。學(xué) 時(shí)3個(gè)學(xué)時(shí)電勢(shì)差計(jì)是一種精密的電學(xué)測(cè)量?jī)x器，在精密測(cè)量中，電勢(shì)差計(jì)是應(yīng)用最廣的儀器之一，它主要用來測(cè)量電動(dòng)勢(shì)、電勢(shì)差和校準(zhǔn)電表，還可用于間接地測(cè)量電阻、電流和一些非電量（如溫度、壓力）等，其精度可達(dá)%~0.03%。用電勢(shì)差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)，就是將未知電壓與電勢(shì)計(jì)上的已知電壓相比較。測(cè)量中由于電勢(shì)差不從被測(cè)對(duì)象中取用電流，并且應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻及高靈敏度檢流計(jì)，因而測(cè)量精度高，測(cè)量結(jié)果可靠。二、實(shí)驗(yàn)儀器直流穩(wěn)壓電源，萬用表，線式電勢(shì)差計(jì)，指針式檢流計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)電池，待測(cè)電磁，滑線變阻器，電位器，雙擲雙刀開關(guān)，單擲單刀開關(guān)，帶保護(hù)電阻單刀開關(guān)，導(dǎo)線。三、實(shí)驗(yàn)原理關(guān)鍵講清兩點(diǎn)：1、補(bǔ)償法2、補(bǔ)償法的實(shí)現(xiàn)（一）直接用電壓表測(cè)量電動(dòng)勢(shì)時(shí)，得到的是電池兩端的路端電壓，由于電池有內(nèi)阻，只要有電流通過，它就會(huì)有電壓降，所以電壓表的示值（端電壓）總是小于電源電動(dòng)勢(shì)。（二）補(bǔ)償法:要消除電池內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓降，就必須使流過電池的電流為零，

因此要測(cè)量未知電動(dòng)勢(shì)，原則上按圖－1所示電路進(jìn)行，電勢(shì)差計(jì)就是利用補(bǔ)償法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)。（三）電勢(shì)差計(jì)工作原理實(shí)際使用中，精度高而連續(xù)可調(diào)的電動(dòng)勢(shì)是沒有的。為了實(shí)現(xiàn)上述測(cè)量，通常采用分壓的方法。電勢(shì)差計(jì)就是根據(jù)補(bǔ)償原理制成的高精度分壓裝置。電勢(shì)差計(jì)有多種類型，本實(shí)驗(yàn)使用的是線式電勢(shì)差計(jì)，其原理如圖－2所示。電勢(shì)差計(jì)主要由工作回路、校準(zhǔn)回路和待測(cè)回路三個(gè)部分組成。.接通K后，有電流I通過電阻絲AB。1.標(biāo)準(zhǔn)化：把K撥向標(biāo)準(zhǔn)電池E,檢流計(jì)G上有可能有電流流過，適當(dāng)調(diào)2s整C、D兩點(diǎn)位置，找到合適的C、D長(zhǎng)度，使G的指針零偏轉(zhuǎn)，即E=U，此sCD時(shí)，電路處于平衡狀態(tài)，電阻R上的電壓降與標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)互為補(bǔ)償。CD如果單位長(zhǎng)度電阻絲電阻為R0,CD長(zhǎng)度為L(zhǎng),則有CD端的電勢(shì)差：E=IRLs0s.保持電阻R不變，即工作電流I保持不變，把K合向待測(cè)電池E,重新找n 2x。、D'位置，使檢流計(jì)G再次指零，達(dá)到補(bǔ)償狀態(tài)。C'D'長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則E=IRLx x0x則有：E=x^e--ExLss當(dāng)E,L,L都已知時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)E可求出。ssx x四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）儀器介紹板式電勢(shì)差計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電池（講解注意事項(xiàng)以及E不同溫度對(duì)應(yīng)值）、工作電源（穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓值不得超過5V）、待測(cè)電池（一節(jié)V電池）、滑線圖4.8-3線式電勢(shì)差討實(shí)驗(yàn)線路?。葑冏杵?，電位器、檢流計(jì)（講解如何使用以及保護(hù)）、單刀開關(guān)（兩個(gè)）、雙刀雙擲開關(guān)（講解如何接線）。（二）合理布置儀器按圖－3正確連接線路，首先連接工作回路，再接待測(cè)回路，最后接校準(zhǔn)回路。（三）校準(zhǔn)電勢(shì)差計(jì)首先測(cè)出始溫方,由表格查出此溫下標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)值，記錄在數(shù)據(jù)表上，TOC\o"1-5"\h\z取電阻絲，確定長(zhǎng)度L為6m，根據(jù)公式M=E/L，算出單位長(zhǎng)度電阻絲上的電s ss壓降。將萬用電表調(diào)至2.5V檔，粗測(cè)待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)值Ex,記錄于數(shù)據(jù)表中，由公式L=E'/M，估算出測(cè)量E電阻絲的大概長(zhǎng)度。xx x其次將R（滑線變阻器）、R（電位器）調(diào)到中間位置，接上工作電源，合n1 n2上開關(guān)K，使工作回路接通，將C端插入6號(hào)接線柱，D端與0號(hào)接線柱密切接觸，1為使工作回路和標(biāo)準(zhǔn)回路盡快達(dá)到補(bǔ)償狀態(tài)，先用萬用電表直流電壓2.5V檔測(cè)6號(hào)和0號(hào)接線柱間電壓，調(diào)節(jié)R使之約為伏。將檢流計(jì)鎖扣，調(diào)至白色圓點(diǎn)處，調(diào)n1節(jié)檢流計(jì)機(jī)械零點(diǎn)。然后進(jìn)行粗校，粗校時(shí)將換向開關(guān)K合向標(biāo)準(zhǔn)電池，接通校準(zhǔn)2回路，按下檢流計(jì)電計(jì)鈕，調(diào)節(jié)R，使檢流計(jì)指針指零。n2TOC\o"1-5"\h\z最后進(jìn)行細(xì)校，將開關(guān)K合上，使保護(hù)電阻R短路，微調(diào)R，使檢流計(jì)指針3 n2再次指零，此時(shí)電勢(shì)差計(jì)被校準(zhǔn)（即工作電流被校準(zhǔn)）。（四）測(cè)量未知電動(dòng)勢(shì)首先粗測(cè)，斷開開關(guān)K、K，根據(jù)估算長(zhǎng)度L確定C端位置，將開關(guān)K合向32 x 2待測(cè)電池，接通待測(cè)回路，保持電阻R、R不變，接通檢流計(jì)，保持D端位置，n1 n2并使之與電阻絲點(diǎn)接觸，使檢流計(jì)指針指零（粗測(cè)）。然后細(xì)測(cè)，合上開關(guān)K，微3調(diào)D端位置，使檢流計(jì)指針再一次指零，斷開開關(guān)K、K，讀取所測(cè)電阻絲長(zhǎng)度L。32 x（五）重復(fù)上述兩個(gè)步驟，一共測(cè)五次。五、數(shù)據(jù)表格及數(shù)據(jù)處理1．?dāng)?shù)據(jù)表格（1）單次測(cè)量

萬用電表粗測(cè)E,(V)x估算L(m)x(2)多次測(cè)量測(cè)量次數(shù)(n)123452．計(jì)算不確定度室溫t=室溫t=7.8(C)標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)E=1.0190(V)s(1)電勢(shì)差計(jì)使用的電阻絲往復(fù)繞在11個(gè)接線柱上，考慮其纏繞不均，估計(jì)每米誤差為0.002m，且誤差為均勻分布，則△="吐(L為實(shí)際使用長(zhǎng)度)。<3i0.002L 0.002L對(duì)確定長(zhǎng)度L \= _SU=△= -$=0.0069(m)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"s <3 L 0對(duì)測(cè)量長(zhǎng)度L △=0.002L U=兇2+A2=0.0109(m)\o"CurrentDocument"x ；3 X…x(2)標(biāo)準(zhǔn)電池在0~40C范圍內(nèi)的最大誤差不超過50W，即 =4x1-5(V)。儀'按正態(tài)分布處理，則U=4.0義1°-5=2x10-5(V)Es 3(3)合成不確定度(忽略檢流計(jì)靈敏度不夠引起的誤差)(4)測(cè)量結(jié)果表達(dá)式 E=E±U=1.585土0.003(V)xx六、注意事項(xiàng)1．線路接好后，要仔細(xì)檢查，確認(rèn)無誤方可接通電源，特別要注意正負(fù)極的連接，斷開電源時(shí)，應(yīng)先斷開校準(zhǔn)回路。2．實(shí)驗(yàn)過程中強(qiáng)調(diào)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)電池和檢流計(jì)不受損害，標(biāo)準(zhǔn)電池的通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)，通過標(biāo)準(zhǔn)電池和檢流計(jì)電流都不宜過大。因此為避免出現(xiàn)過大電流，調(diào)試時(shí)應(yīng)掌握先粗后細(xì)的原則，先粗測(cè)再細(xì)測(cè)。.工作電流標(biāo)準(zhǔn)化以后，Rn1、Rn2不可再改變，否則就必須重新進(jìn)行校準(zhǔn)。由于工作條件的不穩(wěn)定，工作電流常偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，為此每次測(cè)一次數(shù)據(jù)，必須重新進(jìn)行一次校準(zhǔn)，以減小測(cè)量誤差。.學(xué)會(huì)估計(jì)及趨勢(shì)把握，節(jié)省時(shí)間，不要盲目尋找。.調(diào)節(jié)電勢(shì)差計(jì)D端時(shí)，D端與電阻絲只作點(diǎn)接觸，嚴(yán)禁將口端按下后左右移動(dòng)，避免刮傷電阻絲。七、教學(xué)后記1．本實(shí)驗(yàn)要測(cè)量的數(shù)據(jù)較多，實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作比較繁瑣，因而學(xué)生感到完成實(shí)驗(yàn)有一定難度，因此在授課中強(qiáng)調(diào)學(xué)生一定要耐心調(diào)試。2．學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的具體實(shí)施理解不透，因而接線和實(shí)際操作中出現(xiàn)錯(cuò)誤，例如補(bǔ)償電阻的估計(jì)與插孔的尋找，因此在講解原理時(shí)一定要講清講透