实验 名称 类别 辅助 教师 授课 对象 教材 讲义 用电位差计测量电动势 实验编号 实验课时 0801010 3 必修（√） 限选（ ） 任选（ ） 类型 演示、验证（ √ ）综合、设计（ ） 职称 全校工科本科生、专科生 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 (1) 掌握电位差计的基本线路及测量原理。 实验 (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目的 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E0 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，即电路中没有电流时，G EX 两个电源的电动势大小相等，互相补偿，即EX＝E0，电路达到平衡。 3-10-2补偿原理 (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、RC E K b0两触头的位置，就改变a0、b0间的电位mA R B A 差Ua。b。，就相当于可调电动势E0。测量aX a0 b0 bX 时把Ua。b。引出与未知电动势EX比较。G ES 由EX、KX和Raxbx组成的回路叫测量回G KS EX 路。调节RC的大小，使工作回路中电流KX 值I0和RAB的乘积I0RAB略大于ES和EX3-10-3电位差计原理图 二者中大的一个。 实 验 方 法 原 理 11线式电位差计、ZX-21型电阻箱、晶体管直流稳压电源、单刀开实验 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 装置 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 仔细检查稳压电源、标准电池、待测电池，待测电压源的状况。 准备 (1) 用线式电位差计测电池电动势 实 ① 联结线路 验 步 按书中图3-10-4联电路，先联接工作回路，后联接测量回路。正确骤 联接测量回路的关键是正确联双刀双掷开关K2。 实 验 步 骤 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。 次 1 LS ／m LS左＝4.6686 LS右＝4.6690 LS1＝4.6688 LS左＝4.6689 LS右＝4.6691 LS2＝4.6690 LS左＝4.6688 LS右＝4.6673 LS3＝4.6681 LS左＝4.6687 LS右＝4.6691 LS4＝4.6689 LS左＝4.6684 LS右＝4.6692 LS5＝4.6688 LS左＝4.6686 LS右＝4.6690 LS6＝4.6688 Lx ／m LX左＝9.5350 LX右＝9.5352 LX1＝9.5351 LX左＝9.5358 LX右＝9.5360 LX2＝9.5359 LX左＝9.5355 LX右＝9.5362 LX3＝9.5359 LX左＝9.5364 LX右＝9.5370 LX4＝9.5367 LX左＝9.5360 LX右＝9.5370 LX5＝9.5365 LX左＝9.5378 LX右＝9.5385 LX6＝9.5382 2 3 Ex?4 LxES＝3.2004V LS数 据 处 理 5 6 平均值 LS=4.6687 LX＝9.5364 (1) 计算未知电动势Ex的平均值 LEx?xES＝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? uA?LS???LSi?LSn?n?1???2＝0.3mm；uB?LS??8mm； uA?LS???LSi?LSn?n?1?2??2＝0.3mm；uB?LS??8mm； u?LS??uA?LS??uB?LS?＝8.0056mm。 2② 计算直接测量量的Lx的标准不确定度u?Lx? uA?Lx???Lxi?Lxn?n?1?2??2＝1.1mm； uB?Lx??12mm； 数 据 处 理 u?Lx??uA?Lx??uB?Lx?＝12.05mm。 2③ Es的标准不确定度 ?u?ES??uB?ES??仪＝0.002V。 3④ 间接测量量Ex的标准不确定度uc?Ex? ucrel?Ex??0.38％； Ex的合成标准不确定度uc?Ex?＝ucrel?Ex?Ex＝0.012V。 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 ??思 考 题 (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RC E K E>EX，测试过程中Rc调好后不再变动，RXL1 R 是个准确度很高的电阻箱。R是一根均匀的L 电阻丝。L1、L2分别为KX断开和接通时电EX 位差计处于补偿状态时电阻丝的长度。试G L?L2Rx（RX为已证明电池EX的内阻r?1KS RX L2图3-10-6 思考题2附图 2 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：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