实验：用电位差计测量电池的电动势和内阻

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1、实验：用电位差计测量电池的电动势和内阻【实验目的】(1)了解箱式电位差计的结构和原理。(2)学习用电位差计测电动势(或电压)、电流和电阻的方法。【实验仪器】UJ33a型筘式电位差计，直流稳压电源，电阻箱，待测干电池，待校准电表，开关和导线，滑线变阻器。【实验原理】1、电位差计原理图1是电位差计的原理简图，它的基本电路由三部分组成：工作电流回路，包括E,RAB,RBC,RP,E为辅助电源；校准工作电流回路，包括EN，RN，检流计G等；测量回路，包括Ux，Rx，检流计G等。10图1电位差计原理简图(1)“校准”。将图中

2、开关K合向标准电动势EN侧，取RN为一预定值，调节RP，使电流计G指零，显然有EI0?N(1)RN这一步骤的目的是使工作电流回路内的Rx中流过一个已知的“标准”电流10。(2)“测量”。将开关合向未知电压Ux—侧，保持10不变，调节Rx使检流计指零。则有乘积lORx是测量回路屮一段电阻上的分压，可叫做补偿电压。被测电压与补偿电压极性相反且大小相等，因而互相补偿(平衡)。这种测Ux的方法叫补偿法。(1)“电压灵敏度”由于检流计灵敏度的限制，当观察不出指针偏转时，并不说明完全没有电流通过。为了描述检流计所带来的系统误差

3、，引入“电压灵敏度”概念，即当检流计指零后，改变Rx，使Rx两端的电压U产生一个改变量?U，这时检流计指针偏转?n格，电位差计灵敏度S定义为：S??n(div/V)(3)?U(2)电位差计的特点①准确度高。电位差计是一个电阻分压装置，它将被测电压Ux和一标准电动势接近于直接加以并列比较。Ux的值仅取决于电阻比及标准电动势，因为标准电池EN及各电阻都可以做得很准确和稳定，所以可能达到的测量准确度较高。②灵敏度高。上述“校准”和“测量”两步骤中检流计两次均指零,因而具有较高的灵敏度。③“内阻”高。电位差计达到平衡时，不

4、从被测对象中吸取或注入电流，使得EN、Ux的内阻，以及这些回路的导线电阻、接触电阻都不产生附加电压降，不会影响测量结果。因此，电位差计可相当于“内阻”极高的电压表。2、电位差计测电源电动势和内阻电位差计+-ROX图2图3EXr测量电路图如图2所示，当开关K断开时，电位差计直接测量被测电源电动势Ex。当开关K合上时，测标准电阻R0两端电压Ux,由于Ux?lxROEx?lx(r?RO)?所以Uxr?UxROEx?UxRO(4)Ux若被测电源电动势大于电位差计量程时，可采用标准电阻分压，如图3所示，测电动势Ex时，R1,

5、R2取较大值(如取几千欧姆，可忽略电源的内压降)，用电位差计测出R1两端电压U1后，再根据电阻分压比算出ExR?R2Ex?lUl(5)R1测电源内阻时，Rl、R2取较小值(如取几十欧姆)，用毫安表测回路电流I，用电位差计测出U1后，再根据电阻分压比算出电源的端电压R?R2Ux?lUlR1根据全电路欧姆定律，得：r?Ex?Ux?lrI?U1R1r?Ex?UxEx?Ux?Rl(6)lUx3、电位差计测电流测量电路图如图4所示，当R为标准电阻时，测出其两端的电压Ux，则电流I等于Ul?x(7)RERxKRO电位差计电位差

6、计图4图54、电位差计测电阻如图5所示，用电位差计分别测出R0和Rx上的电压UORO为标准电阻，Rx为待测电阻。和Ux，由于UxRx?UORO所以UxRO(8)UO测量时应尽可能取标准电阻值与待测电阻值相近，使测量能得到更准确的结果。Rx?5、电位差计使用6是UJ33a型电位差计诎板图，UJ33a型电位差计的准确度等级为0.05,工作电流10为3mA，量程幵关K1指“?5”档时，量程为1.0550V，指“？1”档时，量程为211mV，指“？0.1”档时，量程为21.1mV。测量未知电压方法如下：(1)倍率开关K1从

7、“断”旋到所需倍率。调节“调零”旋钮，使检流计指针示值为零。被测电压按极性接入“未知”端钮，“测量一输出”开关K3放于“测量”位置，扳键开关K2扳向标准，调节“粗”、“微”旋钮，直到检流计指零。(2)扳键扳向“未知”，调节I，II,III测量盘，使检流计指零，被测电压为测量盘读数与倍率乘积。(3)测量过程中，随着电池消耗，工作电流变化。所以连续使用时经常核对“标准”，使测量精确。(4)使用完毕，“倍率”开关放“断”位置。图6电位差计面板图【实验内容】1、测干电池的电动势及内阻(1)由于电位差计的最大量程“？5”档微

8、1.0550V小于干电池电动势,需采用标准电阻分压。试根据电位差计量程和干电池电动势初测值(用万用表测量)，估算分压电阻Rl，R2之值，并阐明如何计算。(2)要求设计电路，确定实验方法，步骤。(1)测量六组数据，计算电动势和内阻的平均值。2、用电位差计校准电压表和电流表(1)被校电流表量程微0〜100mA,每10mA校准一个点，共计10个点，被校电压表量程为