用電位差計測量電動勢

1、實驗 名稱用電位差計測量電動勢實驗編號0801010實驗課時3類別必修（j） 限選（）任選（）類型 演示、驗證（j ）綜合、設(shè)計（）助帀 輔樹職稱全校工科木科生、專科生授課 對象教材講義土宏波等.大學(xué)物理實驗（上）東北林業(yè)大學(xué)出版社，2004實驗內(nèi)容（教學(xué)過程）備注實驗?zāi)康模?）掌握電位差計的基木線路及測量原理。（2）掌握用線式電位差計、uj37箱式電位差計測量電動勢的電壓的 基本實驗方法。（1）用補償法準(zhǔn)確測量電動勢（原理） 如圖3-10-2所示。ex是待測電源，e。是電動勢可調(diào)的電源，e。和ex通過檢流計聯(lián)在一起。當(dāng)調(diào)節(jié)eo 的大小，使夫流計指針不偏轉(zhuǎn)，即電路屮沒冇電流時， 兩個電源的電動

2、勢大小相等，互相補償，即ex=e0, 電路達到平衡。（2）電位并計測量電動勢（方法）實驗裝置實驗準(zhǔn)備實 驗 步 驟3-10-3電位差計原理圖a0borc ea3-10-2補償原理由屯源e、開關(guān)k、變電阻&精密電阻rab和毫安表組成的回路叫 工作冋路。由rab上有壓降，當(dāng)改變a。、 bo兩觸頭的位置，就改變a0> b°間的電 位差s亠，就相當(dāng)于可調(diào)電動勢eo。測 量時把% b.引出與未知電動勢ex比較。 由ex、kx和凡xbx組成的回路叫測量回 路。調(diào)節(jié)rc的大小，使工作冋路中電流 值和rab的乘積mab略大于es和ex 二者屮大的一個。c*cibxi11線式電位差計、z

3、x-21型電阻箱、晶體管直流穩(wěn)壓電源、單刀開 關(guān)、毫安表、雙刀雙擲開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)電池、待測電池、帶保護電阻刃的開 關(guān)、檢流計各1只，uj37箱式電位差計1臺，待測電壓源1只。仔細檢查穩(wěn)壓電源、標(biāo)準(zhǔn)電池、待測電池，待測電壓源的狀況。（1）用線式電位差計測電池電動勢聯(lián)結(jié)線路按書屮圖3-10-4聯(lián)電路，先聯(lián)接工作回路，后聯(lián)接測量回路。正確 聯(lián)接測量回路的關(guān)鍵是正確聯(lián)雙刀雙擲開關(guān)k2o實 驗 步 驟測量(a) 調(diào)節(jié)&使uabnex，/()值調(diào)好后不許再變。(b) 將©擲向es側(cè)，將滑動觸頭從1逐一碰試,直到碰相鄰插孑l 時檢流計指針向不同方向擺動或指零，將a插入較小讀數(shù)插孔，移動w 使檢

4、流計指零。最后合上心。(c) 將心擲向ex，重復(fù)步驟(b)0(2) uj37箱式電位差計的校準(zhǔn)和使用uj37箱式電位計測量范圍為1103mv,準(zhǔn)確度級別0.1級，工作溫 度范圍5°c45°c。 校準(zhǔn)先把檢流計機械調(diào)零。把四刀雙擲扳鍵d扳向“標(biāo)準(zhǔn)”，調(diào)節(jié)工作 電流直至檢流計指零點。 測量校準(zhǔn)完后，把待測電壓接入未知，將未知電壓開關(guān)扳向“on”。先 粗調(diào)，后細調(diào)。數(shù) 據(jù) 處 理次厶s / m厶/ me=3.2004vls1ls 左=4.6686ls 右=4.6690lsi =4.6688lx 人=9.5350lx 右=9.5352lxi =9.53512ls 左=4.6689l

5、s 右=4.6691ls2=4.6690lx 左=9.5358lx 右=9.5360lx2=9.53593ls 左=4.6688ls 右=4.6673ls3=4.6681lx 人=9.5355lx 右=9.53621x3 = 9.53594ls 左=4.6687ls 右=4.6691ls4=4.6689lx 人=9.5364lx 右=9.5370 lx4=9.53675ls 左=4.6684ls 右=4.6692ls5=4.6688lx 左=9.5360lx 右= 9.5370lx5 = 9.53656ls 左=4.6686ls 右=4.6690ls6=4.6688lx 左=9.5378lx

6、右=9.5385 lx6=9.5382平均值ls =4.6687z7 =9.5364(1) 計算未知電動勢ex的平均值ex = es = 3.2004vls(2) 計算未知電動勢瓦的不確定度u 計算直接測量量ls的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ls)”a(ls) =、_=0.3mm； w(l5) = 8mm；¥ n(n-l)ua(es)=n(n 一 1)=0.3mm；伽（厶.）=8mm；u（ls） = y/ua（1）按圖3 104聯(lián)好電路做實驗時，有時不管如何調(diào)動a頭和b頭, 檢流計g的指針總指零，或總不指零，兩種情況的可能原因各有哪些？（2）用電位差計可以測定電池的內(nèi)阻， 其電路如圖3-10-6

7、所示，假定工作電池 e>ex，測試過程中rc調(diào)好后不再變動，rx 是個準(zhǔn)確度很高的電阻箱。r是一根均勻的 電阻絲。li、l2分別為kx斷開和接通時電 位差計處于補償狀態(tài)時電阻絲的長度。試 證明電池ex的內(nèi)阻廠=厶二& （rx為已 厶2知）o 按圖3-10-4聯(lián)好電路做實驗時，有時不管如何調(diào)動a頭和b頭,檢流計g的指針總指零, 或總不指零，兩種情況的可能原因各有哪些?答：總指零的原因：測量回路斷路?？偛恢噶?的原因：e和&極性不對頂；工作冋路斷路；rab上的全部電壓降小于es，ex二 者中小的一個。 用電位差計可以測定電池的內(nèi)阻，其電路如圖3-10-6所示，假定工作電池e&

8、gt;ex,測試 過程中rc調(diào)好后不再變動，rx是個準(zhǔn)確度很高的電阻箱。r是一根均勻的電阻絲。l八l2 分別為kx斷開和接通時電位差計處于補償狀態(tài)時電阻絲的長度。試證明電池ex的內(nèi)阻 r=（l7-l2）/l2rx（rx 已知）。證明：設(shè)4為r上單位長度的電位差，匕為©的端電壓，則有：ex=al （1） vx=al2（ls）+ u82（ls） = 8.0056mm。計算直接測量量的厶的標(biāo)準(zhǔn)不確定度皿厶）數(shù)據(jù)處理= l.lmm； ur(lv= 12mm ； n(n - 1)b' x，ulx) =(厶.)+ u/aj = 12.05mm。es的標(biāo)準(zhǔn)不確定度11 a (厶)=認 es

9、) = *b(es) = = 0.002vo間接測量量ex的標(biāo)準(zhǔn)不確定度叫（e,）%仏）=0.38%；兔的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uce = ucrel（eex =0.012voex的擴展不確定度取包含因子r = 2, ex的擴展不確定度/為 u j = 2%.（e j =0.024v。(3)結(jié)果表達式思考題ex =(e7 + (/)v =(3.20±0.02)v =2(1)式除(3)式，整理后得：r=(l!-l2)/l2 rx4.如圖3-10-4所示的電位差計,由a到b是11m長的電阻絲,若設(shè)a=0. lv/m, 11m長的電 壓降是1. iv,用它測僅兒毫伏的溫差電動勢，誤差太人。為了減

10、少誤差，采用圖3-10-8所 示電路。圖3-10-8是將11m長的電阻絲ab上串接了兩個較人的電阻用和用。若ab的總電 阻已知為巧 且用、ri、片上的總電壓為1. iv,并設(shè)計ab(llm)電阻絲上的a=0. lmv/m,試問 用+用的電阻值應(yīng)取多少？若標(biāo)準(zhǔn)電池e。的電動勢為1.0186v,則用町取的授大值和授小值 分別為多少(用線電阻z表示)？答：由于電位差計單位長度電阻線的電位差為日，則電阻 線ab上的電位差險二11曰=1. lmv,而冋路電流應(yīng)為/二vab/八另一方而，由于/(用+金+/)二1. iv, 所以(vab/osi+hiv,即 vab(&+r2)/廠+1=1v。所以/?i+/?2=(l.l/vab)-lr=(l.1/0.001 l-l)r=999r o 當(dāng) r2i = e