课题用线式电位差计测电动势•了解电势的补偿原理，并理解用电势差计测电动势的基本方法和特点;教学目的2•掌握电势差计的工作原理和结构特点；3•学会用线式电势差计测量电源电动势。重难点1•补偿法的理解；•电势差计的正确使用。教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。学时3个学时一、前言电势差计是一种精密的电学测量仪器，在精密测量中，电势差计是应用最广的仪器之一，它主要用来测量电动势、电势差和校准电表，还可用于间接地测量电阻、电流和一些非电量（如温度、压力）等，其精度可达0.1%〜0.03%。用电势差计测电动势，就是将未知电压与电势计上的已知电压相比较。测量中由于电势差不从被测对象中取用电流，并且应用了标准电池、标准电阻及高灵敏度检流计，因而测量精度高，测量结果可靠。二、实验仪器直流稳压电源，万用表，线式电势差计，指针式检流计，标准电池，待测电磁,滑线变阻器，电位器，双掷双刀开关，单掷单刀开关，带保护电阻单刀开关，导线。三、实验原理关键讲清两点：1、补偿法2、补偿法的实现（一）直接用电压表测量电动势时，得到的是电池两端的路端电压，由于电池有阻，只要有电流通过，它就会有电压降，所以电压表的示值（端电压）总是小于电源电动势。UExIr（二）补偿法：要消除电池阻产生的电压降，就必须使流过电池的电流为零，因此要测量未知电动势，原则上按图4.8-1所示电路进行，电势差计就是利用补偿法测电池的电动势。（三）电势差计工作原理实际使用中，精度高而连续可调的电动势是没有的。为了实现上述测量，通常采用分压的方法。电势差计就是根据补偿原理制成的高精度分压装置。电势差计有多种类型，本实验使用的是线式电势差计，其原理如图4.8-2所示。电势差计主要由工作回路、校准回路和待测回路三个部分组成。•接通Ki后，有电流|通过电阻丝AB。2.标准化：把K2拨向标准电池Es，检流计G上有可能有电流流过，适当调整C、D两点位置，找到合适的C、D长度，使G的指针零偏转，即EsUcd，此时，电路处于平衡状态，电阻Rcd上的电压降与标准电池的电动势互为补偿。如果单位长度电阻丝电阻为Ro，CD长度为Ls,则有CD端的电势差：EsIRoLs•保持电阻Rn不变，即工作电流I保持不变，把K2合向待测电池Ex，重新找C'、D'位置，使检流计G再次指零，达到补偿状态。C'D'长度为Lx，则ExIRoLx则有：Ex“EsLs当Es，Ls，Lx都已知时，电源电动势Ex可求出。四、实验容与步骤（一）仪器介绍板式电势差计、标准电池（讲解注意事项以及Es不同温度对应值）、工作电源（稳压电源，调节电压值不得超过5V）、待测电池（一节1.5V电池）、滑线变阻器，电位器、检流计（讲解如何使用以及保护）、单刀开关（两个）、双刀双掷开关（讲解如何接线）（二）合理布置仪器按图4.8—3正确连接线路，首先连接工作回路，再接待测回路，最后接校准回路。（三）校准电势差计首先测出始温t，由表格查出此温下标准电池的电动势值，
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在数据表上，取电阻丝，确定长度Ls为6m，根据公式MEs/Ls，算出单位长度电阻丝上的电压降。将万用电表调至2.5V档，粗测待测电池电动势值Ex，记录于数据表中，由公式LxEx/M,估算出测量Ex电阻丝的大概长度。其次将Rni（滑线变阻器）、Rn2（电位器）调到中间位置，接上工作电源，合上开关心，使工作回路接通，将C端插入6号接线柱，D端与0号接线柱密切接触，为使工作回路和标准回路尽快达到补偿状态，先用万用电表直流电压2.5V档测6号和0号接线柱间电压，调节Rm使之约为1.02伏。将检流计锁扣，调至白色圆点处，调节检流计机械零点。然后进行粗校，粗校时将换向开关K2合向标准电池，接通校准回路，按下检流计电计钮，调节&2，使检流计指针指零。最后进行细校，将开关K3合上，使保护电阻R短路，微调Rn2，使检流计指针再测量未知电动势首先粗测，断开开关K3、K2，根据估算长度L'x确定C端位置，将开关K2合向待测电池，接通待测回路，保持电阻Rn1、&2不变，接通检流计，保持D端位置，并使之与电阻丝点接触，使检流计指针指零(粗测)。然后细测，合上开关K3，微调D端位置，使检流计指针再一次指零，断开开关K3、K2,读取所测电阻丝长度Lx。重复上述两个步骤，一共测五次。五、数据表格及数据处理1•数据表格单次测量室温t7.8(oC)标准电池电动势Es1.0190(V)Ls(m)M(V/m)万用电表粗测Ex(V)估算Lx(m)6m0.169831.569.1857(2)多次测量测量次数(n)12345Lx(m)Lx(m)9.32959.33399.33059.33519.3356|Lx匚|(m)0.00340.00100.00240.00220.00279.3329-(Lxi0.0012(m)，-EX1.5850(V)n(n1)Ls•计算不确定度(1)电势差计使用的电阻丝往复绕在11个接线柱上，考虑其缠绕不均，估计每米误差为0.002m，且误差为均匀分布，则0.002L—3—(Li为实际使用长度)对确定长度Ls0.002Ls.3Uls0.002Ls0.0069(m)对测量长度Lx0.002Lx「3标准电池在0~40oC围的最大误差不超过50V，即7仪=4.010_5(V)。按正态分布处理，则UEs54.0105210(V)合成不确定度(忽略检流计灵敏度不够引起的误差)可学)2占J；LsLx0.003(V)(4)测量结果表达式ExExU1.5850.003(V)六、注意事项1•线路接好后，要仔细检查，确认无误方可接通电源，特别要注意正负极的连接，断开电源时，应先断开校准回路。2•实验过程中强调保护标准电池和检流计不受损害，标准电池的通电时间不宜过长，通过标准电池和检流计电流都不宜过大。因此为避免出现过大电流，调试时应掌握先粗后细的原则，先粗测再细测。•工作电流标准化以后，Rn1、尺2不可再改变，否则就必须重新进行校准。由于工作条件的不稳定，工作电流常偏离标准状态，为此每次测一次数据，必须重新进行一次校准，以减小测量误差。4.学会估计及趋势把握，节省时间，不要盲目寻找。?5.调节电势差计D端时，D端与电阻丝只作点接触，严禁将D端按下后左右移动,避免刮伤电阻丝。七、教学后记1•本实验要测量的数据较多，实验的实际操作比较繁琐，因而学生感到完成实验有一定难度，因此在授课中强调学生一定要耐心调试。2•学生对实验原理的具体实施理解不透，因而接线和实际操作中出现错误，例如补偿电阻的估计与插孔的寻找，因此在讲解原理时一定要讲清讲透3•学生实验操作中规性不够，例如保护电阻的接入，标准电池和待测电池正负极的连接，万用电表的读数，有效数字的正确读取等等。•实验中要让学生在出现故障时，学会排除故障，并且能够自己动手解决问题,培养学生的动手能力。•实验报告填写时，要强调测量结果的标准化表达、不确定度的计算、实验分析以及课后思考题。
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