實(shí)驗(yàn)用電位差計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

1、實(shí)驗(yàn)：用電位差計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1) 了解箱式電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理。(2) 學(xué)習(xí)用電位差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)（或電壓）、電流和電阻的方法。【實(shí)驗(yàn)儀器】UJ33a型箱式電位差計(jì)，直流穩(wěn)壓電源，電阻箱，待測(cè)干電池，待校準(zhǔn)電表，開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)，滑線(xiàn)變阻器?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、電位差計(jì)原理圖1是電位差計(jì)的原理簡(jiǎn)圖，它的基本電路由三部分組成：工作電流回路，包括E，RAB，RBC，RP，E為輔助電源；校準(zhǔn)工作電流回路，包括EN，RN，檢流計(jì)G等；測(cè)量回路，包括Ux，Rx，檢流計(jì)G等。圖1 電位差計(jì)原理簡(jiǎn)圖（1）“校準(zhǔn)”。將圖中開(kāi)關(guān)K合向標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)EN側(cè)，取RN為預(yù)定值，調(diào)節(jié)RP，使電流計(jì)G指零，顯然有

2、（1）這步驟的目的是使工作電流回路內(nèi)的Rx中流過(guò)個(gè)已知的“標(biāo)準(zhǔn)”電流IO。（2）“測(cè)量”。將開(kāi)關(guān)合向未知電壓Ux側(cè)，保持IO不變，調(diào)節(jié)Rx使檢流計(jì)指零。則有 （2）乘積IORx是測(cè)量回路中段電阻上的分壓，可叫做補(bǔ)償電壓。被測(cè)電壓與補(bǔ)償電壓極性相反且大小相等，因而互相補(bǔ)償（平衡）。這種測(cè)Ux的方法叫補(bǔ)償法。（3）“電壓靈敏度”由于檢流計(jì)靈敏度的限制，當(dāng)觀察不出指針偏轉(zhuǎn)時(shí)，并不說(shuō)明完全沒(méi)有電流通過(guò)。為了描述檢流計(jì)所帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，引入“電壓靈敏度”概念，即當(dāng)檢流計(jì)指零后，改變Rx，使Rx兩端的電壓U產(chǎn)生個(gè)改變量，這時(shí)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)格，電位差計(jì)靈敏度S定義為： (3)（4）電位差計(jì)的特點(diǎn)準(zhǔn)確度高。電

3、位差計(jì)是個(gè)電阻分壓裝置，它將被測(cè)電壓Ux和標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)接近于直接加以并列比較。Ux的值僅取決于電阻比及標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電池EN及各電阻都可以做得很準(zhǔn)確和穩(wěn)定，所以可能達(dá)到的測(cè)量準(zhǔn)確度較高。靈敏度高。上述“校準(zhǔn)”和“測(cè)量”兩步驟中檢流計(jì)兩次均指零，因而具有較高的靈敏度?！皟?nèi)阻”高。電位差計(jì)達(dá)到平衡時(shí)，不從被測(cè)對(duì)象中吸取或注入電流，使得EN、Ux的內(nèi)阻，以及這些回路的導(dǎo)線(xiàn)電阻、接觸電阻都不產(chǎn)生附加電壓降，不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。因此，電位差計(jì)可相當(dāng)于“內(nèi)阻”極高的電壓表。2、電位差計(jì)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 圖2 圖3測(cè)量電路圖如圖2所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，電位差計(jì)直接測(cè)量被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)Ex 。當(dāng)開(kāi)關(guān)K合上時(shí)

4、，測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RO兩端電壓Ux，由于 所以 （4）若被測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)大于電位差計(jì)量程時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓，如圖3所示，測(cè)電動(dòng)勢(shì)Ex時(shí)，R1,R2取較大值（如取幾千歐姆，可忽略電源的內(nèi)壓降），用電位差計(jì)測(cè)出R1兩端電壓U1后，再根據(jù)電阻分壓比算出Ex （5）測(cè)電源內(nèi)阻時(shí)，R1、R2取較小值（如取幾十歐姆），用毫安表測(cè)回路電流I，用電位差計(jì)測(cè)出U1后，再根據(jù)電阻分壓比算出電源的端電壓 根據(jù)全電路歐姆定律，得： (6)3、電位差計(jì)測(cè)電流測(cè)量電路圖如圖4所示，當(dāng)R為標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，測(cè)出其兩端的電壓，則電流I等于 （7） 圖 4 圖54、電位差計(jì)測(cè)電阻如圖5所示，為標(biāo)準(zhǔn)電阻，為待測(cè)電阻。用電位差計(jì)分別測(cè)出和上

5、的電壓和，由于所以 （8）測(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能取標(biāo)準(zhǔn)電阻值與待測(cè)電阻值相近，使測(cè)量能得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。5、電位差計(jì)使用圖6是UJ33a型電位差計(jì)面板圖，UJ33a型電位差計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05，工作電流IO為，量程開(kāi)關(guān)K1指 “”檔時(shí)，量程為1.0550V，指“”檔時(shí)，量程為，指“”檔時(shí)，量程為21.1。測(cè)量未知電壓方法如下：(1) 倍率開(kāi)關(guān)K1從“斷”旋到所需倍率。調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕，使檢流計(jì)指針示值為零。被測(cè)電壓按極性接入“未知”端鈕，“測(cè)量輸出”開(kāi)關(guān)K3放于“測(cè)量”位置，扳鍵開(kāi)關(guān)K2扳向標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)“粗”、“微”旋鈕，直到檢流計(jì)指零。(2) 扳鍵扳向“未知”，調(diào)節(jié)，測(cè)量盤(pán)，使檢流計(jì)指零，被測(cè)電壓

6、為測(cè)量盤(pán)讀數(shù)與倍率乘積。(3) 測(cè)量過(guò)程中，隨著電池消耗，工作電流變化。所以連續(xù)使用時(shí)經(jīng)常核對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)”，使測(cè)量精確。(4) 使用完畢，“倍率”開(kāi)關(guān)放“斷”位置。圖 6 電位差計(jì)面板圖【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻(1) 由于電位差計(jì)的最大量程“”檔微1.0550V小于干電池電動(dòng)勢(shì)，需采用標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓。試根據(jù)電位差計(jì)量程和干電池電動(dòng)勢(shì)初測(cè)值（用萬(wàn)用表測(cè)量），估算分壓電阻，之值，并闡明如何計(jì)算。(2) 要求設(shè)計(jì)電路，確定實(shí)驗(yàn)方法，步驟。(3) 測(cè)量六組數(shù)據(jù)，計(jì)算電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的平均值。2、用電位差計(jì)校準(zhǔn)電壓表和電流表(1) 被校電流表量程微0100，每10校準(zhǔn)個(gè)點(diǎn)，共計(jì)10個(gè)點(diǎn)，被校電壓表量程為0120，每12校準(zhǔn)個(gè)點(diǎn)，共計(jì)10個(gè)點(diǎn)。(2) 設(shè)計(jì)出校準(zhǔn)電路圖。根據(jù)所用電位差計(jì)量程及電流表和電壓表量程估算出標(biāo)準(zhǔn)電阻阻值。選擇滑線(xiàn)變阻器，滿(mǎn)足細(xì)調(diào)要求，選擇電源電壓，保證電表和滑線(xiàn)變阻器安全工作。(3) 擬定實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。(4) 確定出電表的準(zhǔn)確度等級(jí)，畫(huà)出校準(zhǔn)曲線(xiàn)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】(1) 普通物理實(shí)驗(yàn)（電磁學(xué)部分） 楊