用电位差计测量电动势.ppt

基础物理实验中心,用电位差计测量电动势,用电压表直接测量电源电动势，由于电源内阻产生电压降而使结果偏小。本实验通过电位差计来测量未知电动势，采用两种基本测量方法补偿法和比较法，从而解决了测量不准的问题。该方法的优点是测量精密度高、测量范围宽广。,【实验简介】,【实验目的】,1掌握电位差计的工作原理、电路结构和特点。2学习用线式电位差计测量电动势。,1一般方法在测量电池电动势Ex时，一般是在电池两端并联上伏特表，此时,由于电源内阻r的存在，测量值不准！,【实验原理】,2补偿法,I,R,在电阻两端加电压，接通开关，调节C、D间电压（此电压在回路中与Ex 反向，起补偿作用）使检流计（）中无电流，指针不偏转，此时Ex=UCD，测量此时UCD 即为待测电动势。,补偿回路,【实验原理】,3电位差计的电路及原理,电位差计共有三个回路：上半部分为工作回路（n），下半部分为两个补偿回路：一个是标准电池补偿回路（），一个是待测电动势补偿回路（）。,【实验原理】,比较法测电动势（前提：保证工作回路电流不变）。待测电动势补偿回路达到补偿时：,3电位差计的电路及原理,【实验原理】,其中Ex（待测电池的电动势）未知，ES（标准电池的电动势）已知。Lx为CD间长度，LS为CD间长度，均可测量。r0为A、B间电阻丝单位长度的阻值。,（1）,标准电池补偿回路达到补偿时：,（2）,（1）、（2）两式相除，得：,其中，称为电阻丝单位长度的电压降。,3电位差计的电路及原理,【实验原理】,（3）,UJ-11电位差计（十一线式电位差计）检流计（AZ19型）直流稳压电源（3V）滑线变阻器 标准电池 待测电池 单刀单掷开关 固定电阻 连接导线若干,【实验仪器】,UJ-11电位差计（十一线式电位差计）,电阻线AB长5.5m，5m往复绕在11个接线插孔上，0.5m绕在0B上。电阻丝电阻：7.198/m电阻丝允许最大电流：0.2A,【实验仪器】,A,B,0,检流计（AZ19型）,【实验仪器】,直流稳压电源(3V),【实验仪器】,滑线变阻器,3,1,2,【实验仪器】,标准电池,【实验仪器】,在室温+20时，,=1.0186V,1在关闭电源、断开开关的情况下连接电路；注意：工作电源、标准电池和待测电池一定要正极对正极、负极对负极。,【实验内容与步骤】,【实验内容与步骤】,2校准电位差计（提供合适的工作电流）并测LS,要求：电阻丝每米电压降约,=0.2V/m,工作电流过大过小，会使 UCD也过大过小，补偿回路将无法调到补偿状态。因而工作回路需要校准。,再计算出电阻丝,长,【实验内容与步骤】,由给定公式计算出标准电池电动势ES,LS=5.093m(以室温20为例),校准方法：接通电源开关S1，接入标准电池Es，将插头C插在数字5的插孔上，滑动触头D移到0.0930m处，按下触头D，调节滑线变阻器Rn，使检流计指针指零（注意检流计档位的使用）。接通S3（等于去掉保护电阻R），再次微调Rn，使P的指针指零，此时电阻丝上每米电压降A=0.2伏/米。测量Ls：实验中，调节滑线变阻器Rn难以使检流计指针指零，可以微调滑动触头D的位置，以使检流计指针指零，但这时要记录Ls的值（不是5.0930m）。,【实验内容与步骤】,断开S3，固定Rn和工作电源电压（保持工作电流不变）。接入Ex，将滑动触头D移到靠近尺的左边处，移动插头C在不同插孔处，按下触头D，找出使P的指针偏转方向相反的两个相邻数字的插孔，将插头C插在数字小的插孔上，然后向右移动触头D，点按式接触D，直到P的指针指零。接通S3，稍微调节触头D的位置，当P的指针不偏转时(灵敏度取较高的档位)，记录CD间电阻丝的长度Lx。,3测,【实验内容与步骤】,重复测量5次,单位：m,表测量长度Ls、Lx,【实验内容与步骤】,计算不确定度（不计B类不确定度）,计算平均值,【实验内容与步骤】,估算不确定度，写出结果表达式。,(1)EX不确定度,【实验内容与步骤】,(2)写出结果表达式,工作电源E、标准电池ES和待测电池Ex一定要正极对正极、负极对负极；实验中禁止使滑动触头D在电阻丝上滑动着找平衡点，以免磨损电阻丝，而是采用跃按方式；正确使用检流计；标准电池内装有玻璃容器，容器内盛有化学液体，要防止震动和摔坏，不可倒置。,【注意事项】,1调节电位差计达到补偿状态的必要条件是什么？（提示：E与ES、Ex之间的极性有什么要求？）2电位差计在使用前为什么要进行校准？如何进行校准？3在用线式电位差计测量未知电动势时，电路接通后，检流计只向一个方向偏转，无法达到补偿，分析此故障的原因，并提出排除故障的方法。,【思考题】,