《电位差的使用》PPT课件.ppt
电位差计的使用,实验目的,1了解补偿法测量原理；2了解电位差计的结构、正确使用电位差计。3用电位差计测量干电池的电动势和电阻的阻值,实验仪器,UJ36a型箱式电位差计，分压箱，待测干电池，固定电阻，导线,实验原理,在图1的电路中，设E0是电动势可调的标准电源，Ex是待测电池的电动势（或待测电压Ux），它们的正负极相对并接，在回路串联上一只检流计G，用来检测回路中有无电流通过。设E0的内阻为r0；Ex的内阻为rx。根据欧姆定律，回路的总电流为：,(1),实验原理,如果我们调节E0使E0和Ex相等，由(1)式可知，此时I=0，回路无电流通过，即检流计指针不发生偏转。此时称电路的电位达到补偿。在电位补偿的情况下，若已知E0的大小，就可确定Ex的大小。这种测定电动势或电压的方法就叫做补偿法。,显然，用补偿法测定Ex，必须要求E0可调，而且E0的最大值E0maxEx，此外E0还要在整个测量过程中保持稳定，又能准确读数。在电位差计中，E0是用一个稳定性好的电池（E）加上精密电阻接成的分压器来代替的，如图2所示。,实验原理,图2中，由电源E、限流电阻R1以及均匀电阻丝RAD构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I0，并在电阻RAD上产生均匀的电压降。改变B、C之间的距离，可以从中引出大小连续变化的电压来，起到了与E0相似的作用。为了能够准确读出该电压的读数，使用一个标准电池进行校准。换接开关K倒向“1”端，接入标准电池ES，由ES、限流电阻R2、检流计G和RBC构成的回路称为校准回路。把B、C固定在适当的位置（如图中的位置），设RBC=RS，调节R1（即调节I0），总可以使校准回路的电流为零，即RS上的电压降与ES之间的电位差为零，达到补偿。,实验原理,由欧姆定律可知：,这一过程叫做电位差计的校准，又称“工作电流的标准化”。,即,测量Ex时，把换接开关投向“2”端，接入待测电池Ex。接入待测电池Ex，由Ex、限流电阻R2、检流计G和RBC构成了测量回路。调节BC之间的距离，总可以找到另一位置BC，使测量回路的电流为零，即RBC上的电压降和Ex之间的电位差为零，测量回路达到补偿。设此时RBC=Rx，于是有,以上这种调节补偿的方法，叫做“定流变阻”调节法,可推导出,(2),(3),实验原理,UJ36a型电位差计的工作原理如图3所示。图中Ex是待测电动势；ES是标准电池；RS是标准电阻；G是检流计。,实验原理,当把开关 K 掷向 aa 端时，标准电池 ES 所在回路接通，调节工作回路中的电阻 Rp，即改变通过标准电阻RS及RAB的电流，直至检流计G的指针指零，此时,把开关 K 掷向bb端，待测电动势Ex所在回路接通，调节电阻RAB上的活动触头c、d，直至检流计G的指针指零，则,用电位差计测量电动势(电压)的优点,检流计G只作指零仪器，消除了利用偏转指示所产生的系统误差。用伏特计测量电池电动势时，必定有电流流过伏特计，因此伏特计测得的是电源的端电压，而不是电源的电动势。用电位差计测量时，电位补偿原理决定了测量回路中无电流流过，故测量结果就是电源的电动势。电位差计在测量时，工作电流I0一经调定就不能再动，因此I0保持为一常数。由（3）式可知电动势的测量误差仅取决于电阻丝和标准电池的误差。只要电阻丝的电阻和标准电池能保证高度准确（实际上这两者都非常容易作到0.05的准确度或更高），电位差计的测量准确度就可以很高，一般不难达到0.05的准确度。伏特计由于受到制造工艺上的限制，准确度达到0.5就不容易了，再提高准确度则更困难。,实验内容及步骤,1.测量干电池的电动势。(1)把电位差计的“倍率开关”旋向1档，此时电位差计的工作回路接通，带电流放大器的检流计的电源也接通。调节“调零”旋钮可调整电流放大器的工作点，使检流计指零。(2)把电位差计的“校准、测量开关”扳向“标准”端，调节“RP”旋钮，使检流计指零，完成电位差计的“工作电流标准化”。(3)将电位差计的“校准、测量开关”扳向“未知”端，调节步进旋钮和滑线读数盘，使检流计指零。则,未知电动势Ex=（步进旋钮读数+滑线盘读数）倍率干电池电动势E=Ex分压箱衰减电压的倍数,仪器介绍,实验内容及步骤,2.测量干电池的内阻。如图（4）所示，开关K合上。设电源内阻为r，电流为I，干电池的端电压为U，则,实验内容及步骤,3.测量电位差计的灵敏度。按正常的操作步骤测完某个电压后（此时电位差计达到平衡），转动滑线盘，使补偿电压读数改变 Ex，相应检流计的指针会偏转 n 格。定义,这就是该电位差计在该实验条件下的灵敏度。实验测定 S 时取n=1.0格，并左、右各做一次取平均。一般人眼的能力，在使用了“跃接法”等正确操作方法后，n=0.1格是能觉察的最小偏转格数，与之相应的Ex就是电位差计能判别的最小电压极限。,思考题,1.为什么电位差计可以实现高精确度的测量？2.为什么可以用电位差计测量电源的电动势？3.电位差计的灵敏度对电压的测量误差有何影响？怎样提高电位差计的灵敏度？,
