电位差计测电池的电动势和内阻.docx

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根本方法和特点； 教 学 目 的 2．把握电势差计的工作原理和构造特点；重难点3．学会用线式电势差计测量电源电动势1．补偿法的理解；教学 方法2．电势差计的正确使用讲授、争论、试验演示相结合学时3 个学时一、前言电势差计是一种周密的电学测量仪器，在周密测量中，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，测量结果牢靠二、试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、试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。

U = E - Irx〔二〕补偿法:要消退电池内阻产生的电压降，就必需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 所示电路进展，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，通常承受分压的方法电势差计就是依据补偿原理制成的高精度分压装置电势差计有多种类型，本试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局部组成1. 接通 K1后，有电流 I 通过电阻丝 AB 2. 标准化：把 K2拨向标准电池 Es，检流计G 上有可能有电流流过，适当调整C 、D 两点位置，找到适宜的C 、D 长度，使G 的指针零偏转，即E = U ，此时，电路s CD处于平衡状态，电阻 RCD上的电压降与标准电池的电动势互为补偿假设单位长度电阻丝电阻为 R0， CD 长度为 Ls，则有CD 端的电势差： Es= IR L0 s3. 保持电阻 Rn不变，即工作电流 I 保持不变，把 K2合向待测电池 Ex，重找C ” 、D ” 位置，使检流计G 再次指零，到达补偿状态。

C” D” 长度为 Lx，则 Ex= IR L0 x则有： E =xLx × EL ss当 E ， Ls s， L 都时，电源电动势 Ex x可求出四、试验内容与步骤〔一〕仪器介绍板式电势差计、标准电池〔讲解留意事项以及 Es不同温度对应值〕、工作电源〔稳压电源，调整电压值不得超过 5V 〕、待测电池〔一节 1.5V 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，最终接校准回路〔三〕校准电势差计首先测出始温t ，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 Ls为6m ，依据公式M = Es/ L ，算出单位长度电阻丝上的电压降将万用电表调至2.5V 档，粗s测待测电池电动势值 E ” ，记录于数据表中，由公式L”= E ” / M ,估算出测量 E电阻丝x的或许长度x x x其次将 Rn1〔滑线变阻器〕、 Rn 2〔电位器〕调到中间位置，接上工作电源，合上开关 K1，使工作回路接通，将C 端插入 6 号接线柱， D 端与 0 号接线柱亲热接触，为使工作回路和标准回路尽快到达补偿状态，先用万用电表直流电压2.5V 档测 6 号和 0 号接线柱间电压，调整 Rn1使之约为 1.02 伏。

将检流计锁扣，调至白色圆点处，调整检流计机械零点然后进展粗校，粗校时将换向开关 K2合向标准电池，接通校准回路，按下检流计电计钮，调整 Rn 2，使检流计指针指零最终进展细校，将开关K3合上，使保护电阻R 短路，微调Rn 2，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K3、K ，依据估算长度L”2 x确定C 端位置，将开关K2合向待测电池，接通待测回路，保持电阻R 、Rn1 n 2不变，接通检流计，保持D 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K3，微调D 端位置，使检流计指针再一次指零，断开开关 K 、 K ,读取所测电阻丝长度 L 3 2 x〔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t = 7.8( C) 标准电池电动势 E = 1.0190(V )sL (m)sM (V / m)万用电表粗测 E” (V )x估算 L” (m)x6m0.169831.569.1857L (m)xx| Lxi- L | (m)x0.00340.00100.00240.00220.00279.3329（2） 屡次测量测量次数(n)12345L (m)9.32959.33399.33059.33519.3356L × ES = = 0.0012(m) , E = = 1.5850(V )S(L - L )2n(n -1)xi xx sx x Ls2. 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，估量每米误差为0.002m ，且误差为均匀分布，则D =0.02 L3i 〔 L 为实际使用长度〕。

i30 . 0 0L2 0 . 0 0L2对确定长度 L D =ss U = D =3Lss = 0 . 0 0 6m9 ( )对测量长度 LxS 2 + D2L0. 0 0L23D = x U =Lx x= 0.0109(m)（2） 标准电池在0 ~ 40 C 范围内的最大误差不超过50m V ，即4.0 ´10-5＝4.0´10－〔5仪”V ) 按正态分布处理，则UEs= = 2´10-5 (V ) 3（3） 合成不确定度〔无视检流计灵敏度不够引起的误差〕Ex(ULLs)2 + (ULLx)2 + (UEEs)2sxsU = = 0.003(V )〔4〕测量结果表达式 E = E ±U = 1.585± 0.003(V )x x六、留意事项1. 线路接好后，要认真检查，确认无误方可接通电源，特别要留意正负极的连接，断开电源时，应先断开校准回路2. 试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开消灭过大电流，调试时应把握先粗后细的原则，先粗测再细测n1、n 23. 工作电流标准化以后， R R 不行再转变，否则就必需重进展校准。

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，必需重进展一次校准，以减小测量误差4. 学会估量及趋势把握，节约时间，不要盲目查找5. 调整电势差计 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， 避开刮伤电阻丝七、教学后记1. 本试验要测量的数据较多，试验的实际操作比较繁琐，因而学生感到完成试验有肯定难度，因此在授课中强调学生肯定要急躁调试2. 学生对试验原理的具体实施理解不透，因而接线和实际操作中消灭错误，例如补偿电阻的估量与插孔的查找，因此在讲解原理时肯定要讲清讲透3. 学生试验操作中标准性不够，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. 试验中要让学生在消灭故障时，学会排解故障，并且能够自己动手解决问题， 培育学生的动手力量5. 试验报告填写时，要强调测量结果的标准化表达、不确定度的计算、试验分析以及课后思考题。