實(shí)驗(yàn)五 用板式電位差計(jì)測(cè)量電池的

實(shí)驗(yàn)五

用板式電位差計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)，正確使用電位差計(jì)；2.理解電位差計(jì)的工作原理－－補(bǔ)償原理；3.掌握線式電位差計(jì)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)的方法；【實(shí)驗(yàn)儀器】板式電位差計(jì)、檢流計(jì)、滑線變阻器、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電池、待測(cè)電池、穩(wěn)壓電源、單刀開(kāi)關(guān)、雙刀雙擲開(kāi)關(guān)【實(shí)驗(yàn)原理】電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源內(nèi)部沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)兩極間的電壓。如果直接用電壓表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)，其實(shí)測(cè)量結(jié)果是端電壓，不是電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)閷㈦妷罕聿⒙?lián)到電源兩端，就有電流通過(guò)電源的內(nèi)部。由于電源有內(nèi)阻，在電源內(nèi)部不可避免地存在電位降，因而電壓表的指示值只是電源的端電壓（）的大小，它小于電動(dòng)勢(shì)。顯然，為了能夠準(zhǔn)確的測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)，必須使通過(guò)電源的電流為零。此時(shí)，電源的端電壓才等于其電動(dòng)勢(shì)。

1.補(bǔ)償原理如圖所示，把電動(dòng)勢(shì)分別為、的電源和檢流計(jì)G聯(lián)成閉合回路。當(dāng)<時(shí)，電流方向如圖所示，檢流計(jì)指針偏向一邊。當(dāng)>時(shí)，電流方向與圖示方向相反，檢流計(jì)指針偏向另一邊。只有當(dāng)時(shí)，回路中才沒(méi)有電流，此時(shí)i＝0，檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，我們稱(chēng)這兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)處于補(bǔ)償狀態(tài)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，若i＝0，則。2.電位差計(jì)的工作原理如圖所示，AB為一根粗細(xì)均勻的電阻絲，它與滑線變阻器及工作電源E、電源開(kāi)關(guān)組成的回路稱(chēng)作工作回路，由它提供穩(wěn)定的工作電流；由待測(cè)電源、檢流計(jì)G、電阻絲CD構(gòu)成的回路稱(chēng)為測(cè)量回路;由標(biāo)準(zhǔn)電源、檢流計(jì)G、電阻絲CD構(gòu)成的回路稱(chēng)為定標(biāo)（或校準(zhǔn)）回路?；€變阻器用來(lái)調(diào)節(jié)工作電流的大小，電流的變化可以改變電阻絲AB單位長(zhǎng)度上電位差的大小。C、D為AB上的兩個(gè)活動(dòng)接觸點(diǎn)，可以在電阻絲上移動(dòng)，以便從AB上取適當(dāng)?shù)碾娢徊顏?lái)與測(cè)量支路上的電位差（或電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償）。當(dāng)電鍵接通，既不接通、又不與接通時(shí)，流過(guò)AB的電流和CD兩端的電壓分別為（1）（2）式中r為電源E的內(nèi)阻。當(dāng)電鍵倒向1時(shí)，則AB兩點(diǎn)間接有標(biāo)準(zhǔn)電源和檢流計(jì)G。若>時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池充電，檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；若<時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池放電，檢流計(jì)的指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)；若＝時(shí)，檢流計(jì)的指針指零，標(biāo)準(zhǔn)電池?zé)o電流流過(guò)，則就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)稱(chēng)電位差計(jì)達(dá)到了平衡。令C、D間長(zhǎng)度為，因?yàn)殡娮杞z各處粗細(xì)均勻、電阻率都相等，則電阻絲單位長(zhǎng)度上的電壓降為。1)電位差計(jì)的定標(biāo)我們把調(diào)整工作電流使單位長(zhǎng)度電阻絲上電位差為的過(guò)程稱(chēng)為電位差計(jì)定標(biāo)。為了能相當(dāng)精確地測(cè)量出未知的電動(dòng)勢(shì)或電壓，一般采用標(biāo)準(zhǔn)電池定標(biāo)法。圖中電鍵倒向1時(shí)接通回路，稱(chēng)之為定標(biāo)（或校準(zhǔn)）回路。實(shí)驗(yàn)室常用的標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)為＝1.0186V,可先選定，例如，若選定每單位長(zhǎng)度（）電阻絲上的電位差為，則應(yīng)使C、D兩點(diǎn)之間的電阻絲長(zhǎng)度為然后調(diào)節(jié)滑線變阻器，用以調(diào)整工作電流，使C、D上的電位差和相互補(bǔ)償，使電位差計(jì)達(dá)到平衡。經(jīng)過(guò)這樣調(diào)節(jié)后，每單位長(zhǎng)度電阻絲上的電位差就確定為0.2000V，即＝0.2000V。此時(shí)電位差計(jì)的定標(biāo)工作就算完成。經(jīng)過(guò)定標(biāo)的電位差計(jì)可以用來(lái)測(cè)量不超過(guò)的電動(dòng)勢(shì)或電壓。2）測(cè)量

在保證工作電流不變的條件下，將撥向2，則CD兩點(diǎn)間的換接了待測(cè)電源，由于一般情況下，因此檢流計(jì)的指針將左偏或右偏，電位差計(jì)失去了平衡。此時(shí)如果合理移動(dòng)C和D點(diǎn)的位置以改變，當(dāng)＝時(shí)，電位差計(jì)又重新達(dá)到平衡，使檢流計(jì)G的指針再次指零。令C、D兩點(diǎn)之間的距離為，則待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)為（4）（4）而電位差計(jì)定標(biāo)后每單位長(zhǎng)度上電位差為＝，（可在實(shí)驗(yàn)前先選定），則有所以，調(diào)節(jié)電位差計(jì)平衡后，只要準(zhǔn)確量取值就很容易得到待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)。這就是用補(bǔ)償法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)的原理?！緦?shí)驗(yàn)儀器介紹】板式電位差計(jì)如圖4所示，AB為粗細(xì)均勻的電阻線，全長(zhǎng)為11m，往復(fù)繞在木板0，1，2，…，10的11個(gè)接線插孔上，每?jī)蓚€(gè)插孔間電阻線長(zhǎng)1m，剩余的1m電阻線OB下面固定一根標(biāo)有毫米刻度的米尺。利用插頭C選插在0～10號(hào)插孔中任意一個(gè)位置，接頭D在OB上滑動(dòng)，接頭C，D間電阻線長(zhǎng)度在0～11m范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。例如：要取接頭C，D間電阻線長(zhǎng)度為5.0930m，可將C插在插孔“5”中，滑鍵D的觸頭按在米尺0.0930m處。這時(shí)接頭C，D之間的電阻線長(zhǎng)即為所求。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】（1）測(cè)量前的準(zhǔn)備。觀察、熟悉儀器裝置后，按圖3連接好電路，各開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置。工作電源用直流穩(wěn)壓電源，為保護(hù)電阻，用以保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)電池和檢流計(jì)，為滑線變阻器，為標(biāo)準(zhǔn)電源，為待測(cè)電源，G為檢流計(jì)。注意工作電源E的正負(fù)極應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)電池和待測(cè)電池的正負(fù)極相對(duì)應(yīng)，不能接錯(cuò)。保護(hù)電阻、滑線變阻器均置于阻值最大的位置。（2）給電位差計(jì)定標(biāo)。選定電阻絲單位長(zhǎng)度上的壓降值，計(jì)算出。將倒向“1”，“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇祝{(diào)節(jié)“D”，使CD間電阻絲長(zhǎng)度等于。然后接通,改變滑線變阻器使工作電流慢慢增大，同時(shí)斷續(xù)按下滑動(dòng)觸頭“D”，直到G的指針不偏轉(zhuǎn)。然后將滑動(dòng)端移動(dòng)到阻值為零位置，再次細(xì)調(diào)，并斷續(xù)按下觸頭“D”，使G的指針不偏轉(zhuǎn)，此時(shí)電阻絲每單位長(zhǎng)度上的電位差為，電位差計(jì)定標(biāo)完畢。斷開(kāi)，將保護(hù)電阻的滑動(dòng)端恢復(fù)到阻值最大位置。（3）測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)。粗調(diào)：倒向“2”，估算大約應(yīng)取的長(zhǎng)度，將“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇?。?xì)調(diào)：接通，移動(dòng)滑動(dòng)鍵并斷續(xù)按下滑動(dòng)觸頭，到G的指針基本不偏轉(zhuǎn)為止。該步驟采用先找到G的指針向相反方向偏轉(zhuǎn)的兩個(gè)狀態(tài)，然后用逐漸逼近的方法可以迅速找到平衡點(diǎn)。微調(diào)：使保護(hù)電阻的取值為零，微調(diào)觸點(diǎn)D的位置，調(diào)至完全平衡，記錄的長(zhǎng)度。（4）計(jì)算的值，公式如下：（5）重復(fù)步驟（2）（3）進(jìn)行5次測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)入表格。測(cè)量定標(biāo)時(shí)可將改為其它值。【數(shù)據(jù)記錄及處理】1．記下實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)ES和定標(biāo)后的U0

.2．記錄表格3．分析指出用板式電位差計(jì)測(cè)未知電動(dòng)勢(shì)的系統(tǒng)誤差所在。測(cè)量次數(shù)電阻絲長(zhǎng)度待測(cè)電動(dòng)勢(shì)12