10用电位差计测量电动势

东北石油大学 ,物理实验报告

用电位差计测量电动势

实验目的 实验方法原 理

(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。

(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

流计联在一起。当调节E0的大小，使夫流计指针不偏转，即电路中没有电个电源的电动势大小相等，互相补偿，即EX＝E0，电路达到平衡。

(2) 电位差计测量电动势（方法）

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。 实验步骤

通过检

流时，两

3-10-2补偿原理

(1) 用线式电位差计测电池电动势

3-10-3电位差计原理图

① 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。

②测量

(a) 调节RC使UAB≥EX，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K3。

(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1~103mV，准确度级别0.1级，工作温度范围5℃～45℃。 ①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。 ②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

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(1) 计算未知电动势Ex的平均值

Ex

Lx

ES＝3.2004V LS

(2) 计算未知电动势Ex的不确定度U

① 计算直接测量量Ls的标准不确定度u

LS

LS 8mm； LS 8mm；

uA LS

LSi LS

nn 12

＝0.3mm；uB

uA LS

LSi LS

nn 12

2

＝0.3mm；uB

u LS uALS uBLS＝8.0056mm。

2

② 计算直接测量量的Lx的标准不确定度u

Lx

uA Lx

Lxi Lx

nn 12

2

＝1.1mm； uB

Lx 12mm；

u Lx uALx uBLx＝12.05mm。

2

③ Es的标准不确定度

u ES uB ES

仪＝0.002V。

④ 间接测量量Ex的标准不确定度uc

ucrel Ex 0.38％；

E的合成标准不确定度uc Ex ＝ucrel Ex Ex＝0.012V。

x

Ex

⑤ 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

U kuc Ex 2uc Ex ＝0.024V。

(3) 结果表达式

Ex Ex UV 3.20 0.02 V;k 2

(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？

(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E>EX，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r

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：① E和Ex极性不对顶；② 工作回路断路；③ 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E＞Ex，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r=[(L1-L2)/L2]Rx(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)

图3-10-6 思考题2附图

L1 L2

Rx（R为已知）。 L2

X