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1、实验名称用电位差计测量电动势实验编号0801010实验课时3类别必修（） 限选（ ） 任选（ ） 类型演示、验证（ ）综合、设计（ ）辅助教师职称授课对象全校工科本科生、专科生教材讲义王宏波等大学物理实验(上)东北林业大学出版社，2004实验内容（教学过程）备注实验目的(1) 掌握电位差计的基本线路及测量原理。(2) 掌握用线式电位差计、UJ37箱式电位差计测量电动势的电压的基本实验方法。实验方法原理GEX3-10-2补偿原理E0(1) 用补偿法准确测量电动势（原理）如图3-10-2所示。EX是待测电源，E0是电动势可调的电源，E0和EX通过检流计联在一起。当调节E0的大小，使夫流计指针不偏转
2、，即电路中没有电流时，两个电源的电动势大小相等，互相补偿，即EXE0，电路达到平衡。(2) 电位差计测量电动势（方法）GaXEEXKRCR3-10-3电位差计原理图GKXKSbXa0b0ABESmA由电源E、开关K、变电阻RC精密电阻RAB和毫安表组成的回路叫工作回路。由RAB上有压降，当改变a0、b0两触头的位置，就改变a0、b0间的电位差Ua。b。，就相当于可调电动势E0。测量时把Ua。b。引出与未知电动势EX比较。由EX、KX和Raxbx组成的回路叫测量回路。调节RC的大小，使工作回路中电流值I0和RAB的乘积I0RAB略大于ES和EX二者中大的一个。实验装置11线式电位差计、ZX-21
3、型电阻箱、晶体管直流稳压电源、单刀开关、毫安表、双刀双掷开关、标准电池、待测电池、带保护电阻R1的开关、检流计各1只，UJ37箱式电位差计1台，待测电压源1只。实验准备仔细检查稳压电源、标准电池、待测电池，待测电压源的状况。实验步骤(1) 用线式电位差计测电池电动势 联结线路按书中图3-10-4联电路，先联接工作回路，后联接测量回路。正确联接测量回路的关键是正确联双刀双掷开关K2。实验步骤测量(a) 调节RC使UABEX，I0值调好后不许再变。(b) 将K2掷向ES一侧，将滑动触头从1逐一碰试，直到碰相邻插孔时检流计指针向不同方向摆动或指零，将a插入较小读数插孔，移动b使检流计指零。最后合上K
4、3。(c) 将K2掷向EX，重复步骤（b）。(2) UJ37箱式电位差计的校准和使用UJ37箱式电位计测量范围为1103mV，准确度级别0.1级，工作温度范围545。校准先把检流计机械调零。把四刀双掷扳键D扳向“标准”，调节工作电流直至检流计指零点。测量校准完后，把待测电压接入未知，将未知电压开关扳向“ON”。先粗调，后细调。数据处理次LS mLx m3.2004V1LS左4.6686LS右4.6690LS14.6688LX左9.5350LX右9.5352 LX19.53512LS左4.6689LS右4.6691LS24.6690LX左9.5358LX右9.5360LX29.53593LS左4
5、.6688LS右4.6673LS34.6681LX左9.5355LX右9.5362 LX39.53594LS左4.6687LS右4.6691LS44.6689LX左9.5364LX右9.5370LX49.53675LS左4.6684LS右4.6692 LS54.6688LX左9.5360LX右9.5370LX59.53656LS左4.6686LS右4.6690 LS64.6688LX左9.5378LX右9.5385LX69.5382平均值=4.66879.5364(1) 计算未知电动势Ex的平均值3.2004V(2) 计算未知电动势Ex的不确定度U 计算直接测量量Ls的标准不确定度0.3mm；
6、8mm；数据处理0.3mm；8mm； 8.0056mm。 计算直接测量量的Lx的标准不确定度1.1mm； 12mm；12.05mm。 Es的标准不确定度0.002V。 间接测量量Ex的标准不确定度0.38；Ex的合成标准不确定度0.012V。 Ex的扩展不确定度取包含因子k = 2，Ex 的扩展不确定度U为0.024V。(3) 结果表达式思考题L1L2GRXEEXKKSRCR(1) 按图3104联好电路做实验时，有时不管如何调动a头和b头，检流计G的指针总指零，或总不指零，两种情况的可能原因各有哪些？图3-10-6 思考题2附图(2) 用电位差计可以测定电池的内阻，其电路如图3-10-6所示，
7、假定工作电池EEX，测试过程中Rc调好后不再变动，RX是个准确度很高的电阻箱。R是一根均匀的电阻丝。L1、L2分别为KX断开和接通时电位差计处于补偿状态时电阻丝的长度。试证明电池EX的内阻（RX为已知）。1.按图3-10-4联好电路做实验时，有时不管如何调动a头和b头，检流计G的指针总指零，或总不指零，两种情况的可能原因各有哪些?答：总指零的原因：测量回路断路。总不指零的原因： E和Ex极性不对顶； 工作回路断路； RAB上的全部电压降小于ES，Ex二者中小的一个。2. 用电位差计可以测定电池的内阻，其电路如图3-10-6所示，假定工作电池EEx，测试过程中Rc调好后不再变动，Rx是个准确度很
8、高的电阻箱。R是一根均匀的电阻丝。L1、L2分别为Kx断开和接通时电位差计处于补偿状态时电阻丝的长度。试证明电池Ex的内阻r=(L1-L2)/L2Rx(Rx为已知)。证明：设A为R上单位长度的电位差，Vx为K2的端电压，则有： Ex=AL1 (1) Vx=AL2 (2) 而代入（2）式得: Rx / ( r + Rx )Ex =AL2 (3) (1) 式除(3)式，整理后得： r =(L1 - L2) / L2 Rx4. 如图3-10-4所示的电位差计，由A到B是11m长的电阻丝，若设a=0.1V/m，11m长的电压降是1.1V，用它测仅几毫伏的温差电动势，误差太大。为了减少误差，采用图3-1
9、0-8所示电路。图3-10-8是将11m长的电阻丝AB上串接了两个较大的电阻R1和R2。若AB的总电阻已知为r, 且R1、R2、r上的总电压为1.1V，并设计AB(11m)电阻丝上的a=0.1mV/m，试问R1+R2的电阻值应取多少? 若标准电池E0的电动势为1.0186V，则R1可取的最大值和最小值分别为多少(用线电阻r表示)?答： 由于电位差计单位长度电阻线的电位差为a，则电阻线AB上的电位差VAB=11a1.1mV，而回路电流应为I =VAB/r。另一方面，由于I(R1+R2+r)=1.1V，所以 (VAB/r)(R1+R2+r)= 1.1V, 即 VAB (R1+R2)/r +1= 1.1V。所以R1+R2=(1.1/VAB)-1r=(1.1/0.0011-1)r999r 。 当R2I = E0 时，R1为最小，即R1= R1min，此时有R1I + E0 + Ir = 1.1。由于I =VAB/r =0.0011/r，所以R1min=(1.1-E0-Ir)/I=73r。当R2I+Ir =E0 则R1为最大，即R1= R1max，此时有R1I + E0 = 1.1。所以R1max =(1.1-E0)/I=74r
