自组电位差计.docx

研究性实验报告第一作者:第二作者:摘要:实验利用电压补偿法和比较测量法设计电路 ,使用实验室现有器材组成用于精密测量电压的电位差计,测量干电池的电动势用箱式电位差计测量干电池的电动势并进行不确定度计算和误差分析.关键字: 补偿原理 比较测量法 示零法 UJ25 型电位差计 目录摘要 2关键字 2实验原理 2补偿原理 2实验仪器 4实验步骤 4数据记录及处理 5原始数据 5误差分析 7实验电路优缺点的分析 7优点 7缺点 7实验建议： 7实验收获 7实验原理:补偿原理 为避免测量干电池电动势常用方法中的接入误差，可采用“补偿”电路（如图1）, cd可调，E>E，则总可以找到一个cd位置，使XEx 所在回路无电流通过，这时Vd=E，此即补偿原理cd x其中，回路 E ->G->d->c->E 称为xx 补偿回路， E->S->A->B->E 称为辅 助回路为了确认补偿回路中没 有电流通过（完全补偿），应当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，称为示零法2. 比较测量法如图1，把E接入RAB的抽头，当抽头滑至位置cd时，G中无电流通 x AB过，则Ex=IRd，其中I是流过RAB的电流；再把一电动势已知的标准 cd AB电池En接入RAB的抽头，当抽头滑至位置ab时,G再次为零，则En IRAB，N AB N= AB于是Ex=R d*EN/RAB,这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标 cd N AB准电池电动势的比值关系的。

3.UJ25 型电位差计UJ25型电位差计是一种高电势电位差计，测量上限为1.911110V,准确度为0.01级，工作电流l°=0.1mA它的原理如图2所示电计AXRGO O O C◎ ©"©U = ©- 1护代決 i^'vQx 肿吃KTV0 HrtrQx f © ©.© OOO u血型电拉逆计El翩I审I*图2使用方法：(1)调解工作电流：将功能转换开关置N、温度补偿电阻RAB 旋至修正后的标准电池电动势“1.018 伏”后两位，分别按下“粗”“细”按钮，调节RP至检流计指零2) 测量待测电压：功能转换开关置X1或X2,分别按“粗” “细” 按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD的显示值为待测电压实验仪器：ZX-21 电阻箱两个，指针式检流计，标准电池，稳压电源，待测干电 池，双刀双掷开关， UJ25 型电位差计实验步骤:1． 设计并连接自组电位差计的线路(1)画出电路图(如图 3)，注意正确使用开关，安排好工作 电流标准化及测量的补偿电路2)按设计要求(E=1.2~1.6V,l=1mA, EN按温度修正公式算出)，设置各仪器或 元件的初值或规定值1） 将开关拨至 1 档，调节变阻箱 R ，使灵敏检流计 G 示数为零，记录1R ， R 的读数；122）将开关拨至2档，调节变阻箱R , R，使得R ' + R ' = R + R ；1 2 1 2 1 2且灵敏检流计G的读数仍为零，记录R R '的读数；122. 进行自组电位差计灵敏度的测量（每14div记一次数据）3. 用箱式电位差计测量干电池的电动势（1） 工作电源和待测电源同极性；（2） 根据工作电源的电压值，接入电位差计的对应段子（ 1.9~2.2V 或 2.9~3.3V）；（3） 先根据室温计算标准电池电动势，再调节对应旋钮使工作电流标准化；（4）先按“粗”按钮，调节RCD使检流计示零，然后按“细”按钮，再次使 检流计示零。

数据记录及处理 ：1. 原始数据：En=1.01861V t=19.5°C，则由 R1=1018.610 得EmA令 Ri+R2=Ri'+R2类别R1/0R2/0R1'/0r2'/0示值1018.61976.91529.21470.3仪器误差限1.1102.2351.6151.575灵敏度测量（n=14div）1545.51454.0箱式电位差计测量干电池的电动势:Ux=15*10A-1+2*10A-2+7*10A-3+6*10A-4+3*10A-5+1*10A-6=1.527631V2.数据处理 ：E 二R'I=1529.2Q *1mA=1.5292Vx(1) △R1= (1000*10A-3+0+10*2*10A-3+8*5*10A-3+0.6*5*10A-2+0.020) Q =1.110Qu (R1)1R1/'：3=o.641QR2=(1000*10A-3+900*10A-3+70*2*10A-3+6*5*10A-3+0.9*5*10A-2+0.020)Q△ 2==2.135Qu (R2)=肿2人3=1.233R1'=( 1000*10A-3+500*10A-3+20*2*10A-3+9*5*10A-3+0.2*5*10A-2+0.020)△1Q =1.615Qu (R1)=△%/\，3=0.932Q△R2 =(1000*10A-3+400*10A-3+10*2*10A-3+0+0.3*5*10A-2+0.020)Q =1.575Qu (R2)=肿2 /、'3=0.909Q(2) 灵敏度：S=14div/(1.5455-1.5292)V=859div/V灵敏度误差：△灵(Ex) =0.2/S=0.000233V灵敏度不确定度：u灵（Ex） =△灵（Ex）八'3=0.000134Vu(Ex)Ex1ft R R1 + R2 丿)2u2(R ) +1IR1+ R2 丿、2u2(R ') +1(u(R ') )22I Ri'+R 丿6 /8U(Ex)U(Ex)=ExX e— =0.0011VEx(4) 最终结果表达式：Ex±U(Ex) = (1.529±0.001)V(5) 箱式电位差计测量干电池的电动势:Ux=1.527631V相对误差 t=| Ex - Ux |/Ux*100%=0.102708%误差分析：相对误差 t=| Ex - Ux |/Ux*100%=0.102708%(1)R］、R2的误差，其分布范围可由电阻箱的仪器误差限估计；⑵EN的示值误差和E、En的不稳定所带来的误差；(3) 两次示零电路的灵敏度误差。

4) 导线、开关、连接处等带来的误差实验电路优缺点的分析：优点：实验原理与 UJ25 型电位差计相似，比较简单，电路连接也相 应比较容易所需测量的数据比较少且易于读数和记录，数据处理起 来也比较简单缺点：在保证％、R2之和不变时的相关调节比较麻烦；所用的两个电 阻箱的量程都比较大，这样就使得实验误差比较大；限于条件，并没 有多次反复实验，结果具有一定偶然性实验建议： 可以将两变阻箱换成数字式变阻箱，这样易于调节和记录数据，并进 一步的提高了实验的准确性实验收获：通过本次实验，我们对于补偿原理和比较测量法有了深刻的理解，也 进一步熟练了基本电学仪器的使用方法，提高了电学实验的设计能力 在实验中，我也出现了一些问题和失误例如，在连接好各仪器后， 闭合开关，我发现无论怎么调节两个变阻箱，检流计指针都只在一边 而不会左右偏转，后来在老师的提醒下我才发现自己的电源电压没有 调整正确从这次失误中，我深刻地认识到了做物理实验时，细心是 多么重要因此我们要在以后的实验中也逐渐培养严谨的实验态度 对每一个实验步骤，对每一个实验数据，都不能掉以轻心只有这样 才能更准确的做好实验。