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用电位差计测量电动势

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4.11 用电位差计测量电动势
实验简介
用电位差计测电压，是将未知电压与电位差计上的一直流电压相比较。

它不象伏特计那样需要从待测电路中分流，因而不干扰待测电路，测量结果仅仅依赖准确度极高的标准电池、标准电阻和高灵敏度的检流计。

它的准确度可以达到01.0%或更高，是精密测量中应用最广泛的仪器之一。

它不但可以精确地测定电压、电动势、电流和电阻等，还可以用来校准电表和直流电桥等直读式仪表，在非电参量（如温度、压力、位移和速度等）的测量中也占有重要的地位。

实验目的
1.了解电位差计的结构、工作原理及操作方法；
2.学会测量电动势的一种方法。

实验原理
一．电位差计的线路原理。

如果要测未知电动势x E ，原则上可按图4.11-1连接电路，其中0E 是可调电压的电源。

调节0E ，使检流计指零，这就表示在回路中两电源（0E 、x E ）的电动势必然是方向相反，大小相等，故数值上有
0x E E
这时称电路达到补偿，如果 0E 的数值已知，则x E 即可求出。

据
此原理构成的测量电动势或电位差的仪器称为电位差计。

可见，构成电位差计需要一个0E ，而且它要满足两个要求：
（1）它的大小易于调节，使0E 能够和x E 补偿；
（2）它的电压很稳定，并能读出准确的伏特数。

在实际的电位差计中，0E 是通过下面的方法
（图4.11-2）得到的：电源E 、限流电阻'
R 和精密电阻ab R 串联成一闭合回路，称为辅助回路，当有一
恒定的标准电流0I 流过电阻ab R 时，改变ab R 上两滑
动头C 、D 的位置，就能改变C 、D 间的电位差cd V 的
大小，cd V 正比于电阻ab R 中C 、D 之间那部分的电阻值，由于测量时必须保证0I 恒定不变，所以实际
电位差计都根据0I 的大小把阻值转换成电压刻度标在仪器上。

cd V 相当于上面所要求的“0E ”。

测量时
把滑动头C 、D 两端的电压cd V 引出与未知电动势x E 进行比
较，x x E CDGE 或（''s s E C D GE ）称为补偿回路。

请注意：在电路中E 和x E （或s E ）必须接成同极性相对抗，也即x E 的正极要接在ab 线上电位较高的一点，而x E 的负极经检流计接在电位较低的一点。

二．电位表计的使用步骤。

x
图4.11-1
x
a
b 图4.11-2
1．校准：为了使ab R 中流过的电流是标准电流0I ，可根据标准电池电动势s E 的大小，选定C 、D 间的电阻为s R ，使
0s s E I R = （4.11-1）
调节'R 改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，s R 上的电压降恰与补偿回路中标准电池的电动势0E 相等。

由于s E 和s R 都很准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的0I 值。

2．测量：把开关倒向x E 一边（如虚线所示），只要0x ab E I R ≤，总可以滑动C 、D 到'C 、'D ，使检流计再度指零，这时'C 、'D 间的电位降恰和待测的电动势x E 相等。

设'C 、'D 之间的电阻为x R ，可得：
0x x E I R = （4.11-2）
因0I 已被校准，x E 也就能测出。

同理，如果要测任一电路两点间电位差，只需将待测两点接入补偿回路代替x E ，即可测出。

仪器介绍
学生式电位差计内部电路如图4.11-3虚线内所示。

E
x
E
图4.11-3
两个排成圆形的电阻A R 、B R 相应于图4.11-2中的电阻ab R 。

显然B +和×1两个接头相应于b 、a 两点，而E -和 E +两个接头则相应于C 、D 两点。

A R 全电阻是150ΩΩ,分为15段,每段为10Ω。

B R 全电阻为10Ω，仪器规定标准工作电流为0.01A ，所以A R 上每段电阻的电压降为0.1V,而B R 全段电压降也是0.1V 。

学生式电位差计的板面如图4.11-3所示。

左边大旋钮上刻有0到1.5共15个读数，每转动一个读数电压就改变0.1V ，它不能连续调节，故用做粗调。

右边小旋钮转动一周时，读数指示线共经过100小格，每格代表0.001V ，加上估
计一位，因此可读到4
10-V ，因其变化连续，故用作细调。

例如A R (C 点)的读数是1.0，B R
(D 点)的读数为0.0168,则CD 二点电位差是1.0168V 。

使用学生式电位差计时，必须加接外电路，如图4.11-3所示，其中精密电阻A R 、B R (由a 到b)和外电路的限流电阻'R 、电源E 组成辅助回路。

而电阻A R 、B R (由C 到D)和外电路的检流计G 、保护电阻h R 、待测电池x E 组成补偿回路。

1K 作电源开关，2K 可保证s E 和x E 相互迅速替换，3K 作检流计的开关。

h R 是可变高电阻，用以保护检流计和标准电池。

实验内容
一．测量一节干电池的电动势。

1．按图4.11-3接线，'R 用电阻箱，注意电池正负极的连接。

2．调节辅助回路中的电流，使其“标准化”。

3．将2K 、3K 打开，按待测电池电动势的近似值（1.4～1.6V ）放好A R 、B R 。

将h R 调到最大，2K 倒向x E ，合上3K ，调电位差计旋钮直到检流计无偏转（这时'R 应不动，而h R 由最大逐渐减小到零）。

记下结果x E 。

4．重复步骤②、③共测3次x E ，列表记录3次的'R 和x E 的数值，取平均值即为测量结果。

5．观察电位差计的灵敏度。

二．测量干电池的内阻。

线路如图4.11-4，设电源内阻为r ，开关闭合后，a 、b 间的电压
V E Ir IR =-= 有
E V
r R V
-=
（4.11-3） E 、V 均可用电位差计测出，若R 为已知，r 即可测出。

实验时取值100R =Ω。

测量时，通电时间应尽量短。

思考题
如果想把学生式电位差计的工作电流改为0.02A ，怎样才能把电位差计的电流校准到这个数值？这时电位差计的量程是几伏？
答：方法1，增大电源电压为12伏；方法2，改变电阻'
R 为220欧姆。

此时电位差计的量程为3.2伏。

实验注意事项
1．测量时，必须先接通辅助电路，然后再接补偿回路。

测量完毕必须先断开补偿回路，再断开辅助回路，使用3K 时，应该用跃接法。

2．标准电池和待测电池的正负极一定不要接错。

3．标准电池只能短时间通过几微安电流，所以不可以用伏特计测量它的电动势。

E
b
图4.11-4。

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用板式电位差计测量电动势和内阻实验

用板式电位差计测量电动势和内阻实验

计 常 数 时 对测 量 结 果 的 影 响 。 十一 线 电 位差 计 测 量 的准 确 度 主 要 取 决 于 下 列 因 素 ：（１）
十一 米 电阻 丝 每段 长 度 的准 确 性 和 粗 细 的 均 匀 性 ；（２）标 准 电 源 的 准 确 度 ；（３）检 流 计 的灵 敏 度 ；（４）工 作 电 流 的 稳 定 性 。 在 ＴＨＭＶ一１型 电位 差 计 中 ，标 准 电源 的 电动 势准 确 稳 定 ，检 流 计 是
１．板 式 电 位差 计 测 量 电 动 势和 内 阻的 原 理
Ｄ
数 字式 ，最 小 量 程 为２０ＵＡ，具 有 很 高 的灵 敏 度 ，工 作 电 流也 十 分 稳 定 。研 究 结果 也 表 明板 式 电位 差计 测 量 电动 势 的不 确定 度 为 ０．Ｏ００２Ｖ！ Ｊ，而实 际 测 量 的 不 确 定 度 远 大 于 此 研 究 结 果 ，其 主 要 产 生 的 原 因是 由 于 １１线 电 阻 丝 的 不均 匀性 产 生 的 。 因此 有 必 要 对 １１线 电阻 丝 的 不均 匀 性 产 生 的不 确 定 度 进 行 分 析
动 势 。ＴＨＭＶ一１型 电势 差 计 使 用 的是 集 成 ４．５Ｖ直 流 稳 压 电 源 故 其 所测 最 大 电动 势 的 范 围为 ０— ４．５Ｖ。
由 电位 差 计 实 验装 置 可 知 ，板 式 电位 差 计 共 有 １ １条 线 ，每 条 线ｌｍ，则 Ｌ…＝ｌ１ｍ；当实 验 所 用 标 准 电 池Ｅ＝１．Ｏ１８６Ｖ时 ，在 工
关 键 词 ：板 式 电位 差计 电动 势 内阻 电 阻线
电 位差 计 就 是 利 用 补 偿 原 理 来 精 确 测 量 电 动势 或 电位 差 的一 种精 密 仪 器 。其 突 出 优 点是 在 测 量 电学 量 时 ，它 不从 被测 量 电路 中吸 取 任 何 能 量 ，也 不 影 响 被 测 电路 的 状 态 和 参 数 ，所 以在计 量 工 作 和 高 精度 测 量 中被 广 泛 利用 。
十一线电位差计测量电动势实验报告

十一线电位差计测量电动势实验报告

十一线电位差计测量电动势实验报告
电动势是指一个电源在不断地向外做功的过程中所提供的电能，其大小单位是伏特(V)。

电动势的特性是电势差与电路中电流的关系。

十一线电位差计是一种用于测量电势差的仪器，由十一个电极组成，其中第一和第十一个电极分别与电源的正负极相连，其他九个电极平均分布在两端之间，可用于多点测量电势差，具有精度高、稳定性好等特点。

实验步骤：
1.将电池组连接到十一线电位差计的第一和第十一个电极上；
2.将电子万用表的电流测量档位调至最大，将正负极接到电路中，测量电路中的电流；
3.在两端之间选择三个不同位置，分别测量电势差，并用十一线电位差计记录数据；
4.计算每个位置的电势差，并绘制电势差与电流之间的关系曲线。

实验结果：
测量得到的电势差与电流之间的关系曲线如下图所示：
图中可以看出，电势差与电流呈线性关系，符合电动势的特性。

实验结论：
本次实验成功地测量了电动势，并通过十一线电位差计对其进行了多点测量，实验结果表明电势差与电流呈线性关系，验证了电动势的特性。

- 1 -。

用直流电位差计测量电源电动势和内阻解读

用直流电位差计测量电源电动势和内阻解读

0.01A
3.Ro取值500Ω .注意：测完内阻r应立即打开开
关Kx，否则，容易消耗电池的电能。 4. 检流计的保护电阻要从大调到零 , 直到电流为 零。
用直流电位差计测量电源电动势和内阻
一、实验原理 1.电势差计组成 • 工作回路：E、Rh、 RAB • 补偿回路：Ex、检流汁G和 间电阻RCD 。 2.补偿原理 • 若调节RCD,使检流计无电流 通过，则Ex= UCD = I0 RCD
即:Ex被电位差UCD补偿。 二.学生型电位差计 1.结构:电位差计主体是一组串联的精密电阻, 内部线路如下图虚框所示,其他外接. RA 为 150Ω ，分 15 段，每段 10Ω; RB 为 10Ω, 分 100段，每段0.1Ω; 。RAB工作电流规定为10mA。 所以， RA 盘每 10Ω 电阻上电降为 0.1V ， RB 盘每 一格为1mV，再加上估读一位(0.1mV).电位差计 总量程为1mV～1.6V。
Ep r2
×1
。
D
Kp
。
×0.01
Rp
r1 C
0 E＋
B＋
B
RA A
。
0 E－
。RBG RBES。 1。 。 K
r
Kx
2
Ex Ro
I
－
x
+
实验接线图
三.注意事项 1. 测出室温 t, 计算标准电池的修正电动势 ES （ t ） ， 取五位有效数字。 2.校准电位差计时,先根据下式估算出调节电阻RP Ep 1.6V 值。 Rp
Ep r2
×1
。
D
Kp
。
×0.01
Rp r1 C
0
B＋
B
RAA A
。
实验十二 用电位差计测量电动势

实验十二 用电位差计测量电动势

实验4—14 电位差计测电动势电位差计是精密测量中应用最广的仪器之一，不但用来精确测量电动势、电压、电流和电阻等，还可用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表，在非电参量（如温度、压力、位移和速度等）的电测法中也占有重要地位。

【实验目的】1. 掌握电位差计的工作原理和结构特点。

2. 学习用线式电位差计测量电动势。

【实验原理】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r I ，因而电压表的指示值只是电池端电压r V E I =-的大小。

只有当I =0时，电池两端的电压才等于电动势。

采用补偿法，可以使电池内部没有电流通过，这时测定电池两端的电压即为电池电动势。

如图4-14-1所示，按通K 1后，有电流I 通过电阻丝AB ，并在电阻丝上产生电压降R I 。

如果再接通K 2，可能出现三种情况：1. 当x CD E V >时，G 中有自右向左流动的电流（指针偏向右侧）。

2. 当x CD E V <时，G 中有自左向右流动的电流（指针偏向左侧）。

3. 当x CD E V =时，G 中无电流，指针不偏转。

将这种情形称为电位差计处于补偿状态，或者说待测电路得到了补偿。

在补偿状态时，x CD E IR =。

设每单位长度电阻丝的电阻为0r ，CD 段电阻丝的长度为x L ，于是x x L Ir E 0= (4-14-1)将保持可变电阻n R 及稳压电源E 输出电压不变，即保持工作电流I 不变，再用一个电动势为s E 的标准电池替换图中的x E ，适当地将C D 、的位置调至''C D 、，同样可使检流计G 的指针不偏转，达到补偿状态。

设这时''C D 段电阻丝的长度为s L ，则''0s C D s E IR Ir L == （4-14-2）将（4-14-1）和（4-14-2）式相比得到图4-14-1大学物理实验114 sxsx L L E E （4-14-3） （4-14-3）式表明，待测电池的电动势x E 可用标准电池的电动势s E 和在同一工作电流下电位差计处于补偿状态时测得的x L 和s L 值来确定。