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用板式电位差计测量电池的电动势和内阻实验十七 用板式电位差计测量电池的电动势和内阻 实验目的 1掌握补偿法测电动势的原理和方法。 2测量干电池的电动势和内阻。 实验器材 板式电位差计，检流计，滑线变阻器，标准电池，待测电池，标准电阻，直流稳压电源等。 实验原理 直流电位差计就是用比较法测量电位差的一种仪器。它的工作原理与电桥测量电阻一样，是电位比较法。其中板式电位差计的原理直观性较强，有一定的测量精度，便于学习和掌握，而箱式电位差计是测量电位差的专用仪器，使用方便，测量精度高，稳定性好。此外，由于许多电学量都可变为电压的测量，因此电位差计除了电位测量之外还可测量电流、电阻等其它量。本实验讨论板式电位差计。 若将电压表并联到电池两端就有电流I通过电池内部，由于电池有内电阻r，在电池内部不可避免地存在电位降落I·r，因而电压表的指示值只是电池两端电压VEXI·r的大小。 显然，只有当I0时，电池两端的电压V才等于电动势EX。 怎样才能使电池内部没有电流通过而又能测定电池的电动势EX呢？这就需要采用补偿法。 如图172中的ab为电位差计的已知电阻。使某一电流I通过电阻ab，由于在adE0a回路中ad段的电位差a 与E0的方向相反，只要工作电池的电动势E大于标准电池的电动势E0，滑动点就可以找到平衡点此时ad段的电位即为E0，因而其它各段的电位差就为已知，然后再用这已知电位差与待测量相比较。设此时ad段电阻为r1，则有 E0=I×r1 再将E0换成待测电池EX，保持工作电流I不变，重新移动d点到d，G仍为零。设此时ad 的电阻为r2，则有 EX=I×r2 比较上两式得 EX=I×r2E0 I×r1 EX V 图171 E I d G E0 图172 b 即 EX=r2r1E0 显见，只要r2r1和E0为已知，即可求得EX的值。同理，若要测任意电路两点间的电位差，只需将待测两点接入电路代替EX即可测出。 电位差计的准确度由式决定，式中r2、r1、E0的准确度对EX的影响是明显的。检流计的灵敏度决定着式近似成立的程度，若要在测量和校准的整个过程中工作电流始终恒定，这就必须要求工作电源的电动势较稳定。 为了定量地描述因检流计灵敏度限制给测量带来的影响，引入“电位差计电压灵敏度”这一概念。其定义为电位差计平衡时移动d点改变单位电压所引起检流计指针偏转的格数。即 仪器描述 图173为板式电位差计实物线路图。实验时，先用标准电池E0调节工作电流，使电位差计的电阻丝单位长度上的电位差为E0L0，然后把K2倒向待测电动势Ex，用滑键D找到平衡点，则 EX=E0L0LXS=DnDV10 8 6 4 2 C 0 K1 E R测电池的内阻r内，将图173中的K2 和“2”点闭合，并闭合K，移动C、D位置， 当G为零时，C、D间的电位差即待测电池 的端电压VXEXI·r内I R0，所以 9 7 5 3 1 r内=EX-VXI¢=EX-VXVXR0=(EXVX-1)R01 2 I D E0 K2 ER0 K G Rgh 测知EX、VX后，由此式便可算出电池内阻r内。 实验步骤 清点主要仪器 图173 1 电源 2. 板式电位差计3. 检 流计4滑线变阻器5. 电阻箱6.待测电池7标准电池8. 导线9. 开关 按测量线路，安置仪器、接线 调整仪器 1检查检流计指针是否为零，若否，则调节零点旋钮； 2使Rg为最大值，E = 4 6V, R滑至中间， 插头C插在第6或第7孔处，滑动触头D置于 中间。 测量 1校准电位差计 检查线路后接通电源，将开关K2置于1处； 调节R,滑动触头D，同时逐渐缩小Rg至Rg=0，直到检流计指针没有偏转，读取插头C与滑动触头D之间距离L，填入表(1)； 断开K2、K1， Rg调至最大值。 2测量待测电池的电动势 将插头C插在第10孔处，滑动触头D置于中间； 将开关K2置于2处，调节滑动触头D，同时逐渐减小Rg至Rg=0，直到检流计指针没有偏转(Ig=0)，读出C、D间的距离L，填入表(1)中，重复五次。 3测量待测电池的内阻 断开开关K2、K1，给待测电池两端并联一电阻R,R=500欧； 依照上述测量2的步骤，测量L填入下表。 4将R取为50欧、800欧时，测出干电池的内阻，将数据填入表(2)中。 列数据表格 数据处理要求 上述各项测量均重复五次，测量结果用不确定度表示，并将记录的数据和计算结果填入自行设计的表格之中。 注意事项 1避免翻动标准电池； 2注意E、Es、Ex接入电路的方向，不可接错； 3每次测量，开始应将Rg调整到最大值，然后逐步减小，以免损坏检流计； 4测量结束，应先断开补偿电路，再断开辅助回路。 5每测一组数据后，断开电源，测数据要尽可能快。 思考讨论 1用电位差计测电动势的物理思想是什么？ 2电位差计能否测量高于工作电源的待测电源电动势？ 3在测量中如果检流计总是向一侧偏转，其原因可能有哪些？ 4本实验为什么要用十一根电阻丝，而不是简单地只用一根？ 附：标准电池简介 原电池的电动势与电解液的化学成分、浓度、电极的种类等因素有关，因而一般要想把不同电池做到电动势完全一致是困难的。标准电池就是用来当作电动势标准的一种原电池。实验室常见的所谓干式标准电池和湿式标准电池，湿式标准电池又分石棉 CdSO4 为饱和式和非饱和式两种。这里仅简介最常用的饱CdHg 和式标准电池亦称“国际标准电池”，它的结构如图174所示。 1标准电池具有如下特点： 电动势恒定，使用中随时间变化很小。 CdSO HgSO 44Hg 图174 电动势因温度的改变而产生的变化可用下面的经验公式具体地计算。 Et»E20°C-4´10-4(t-20)-0.93´10-6(t-20)2式中Et表示室温t时标准电池的电动势值；E20表示室温20时标准电池的电动势值，此值一般为已知。 电池的内阻随时间保持相当大的稳定性。 2使用标准电池要特别注意下列事项 从标准电池取用的电流不得超过1A。因此，不许用一般伏特计测量标准电池电压。使用标准电池的时间要尽可能的短。 绝不能将标准电池当一般电源使用。 不许倒置、横置或激烈震动。 20时，标准电池电动势为1.0186V。 实验十四 板式电位差计测量电池的电动势及内阻 实验目的：1掌握十一线电位差计的工作原理和特点。 2学习用十一线电位差计测电池电动势及内阻。 3掌握补偿法的原理。 实验内容：1测量干电池的电动势。 2测量干电池的内阻。 3根据测量数据求出电池电动势及内阻。 主要仪器：十一线电位差计、检流计、电阻箱、标准电池、干电池、直流电源。
