電位差的使用

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,電位差計(jì)的使用,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解補(bǔ)償法測(cè)量原理；,2了解電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)、正確使用電位差計(jì)。,3用電位差計(jì)測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和電阻的阻值,實(shí)驗(yàn)儀器,UJ36a型箱式電位差計(jì)，分壓箱，待測(cè)干電池，固定電阻，導(dǎo)線(xiàn),實(shí)驗(yàn)原理,在圖,1,的電路中，設(shè),E,0,是電動(dòng)勢(shì)可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電源，,E,x,是待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)（或待測(cè)電壓,U,x,），它們的正負(fù)極相對(duì)并接，在回路串聯(lián)上一只檢流計(jì),G,，用來(lái)檢測(cè)回路中有無(wú)電流通過(guò)。設(shè),E,0,的內(nèi)阻為,r,0,；,E,x,的內(nèi)阻為,r,x,。根據(jù)歐姆定律，回路的總電流為：,(1),實(shí)驗(yàn)原理,如果我們調(diào)節(jié),E,0,使,E,0,和,E,x,相等，由(1)式可知，此時(shí),I,=0，回路無(wú)電流通過(guò)，即檢流計(jì)指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此時(shí)稱(chēng)電路的電位達(dá)到補(bǔ)償。在電位補(bǔ)償?shù)那闆r下，若已知,E,0,的大小，就可確定,E,x,的大小。這種測(cè)定電動(dòng)勢(shì)或電壓的方法就叫做,補(bǔ)償法,。,顯然，用補(bǔ)償法測(cè)定,E,x,，必須要求,E,0,可調(diào)，而且,E,0,的最大值,E,0max,E,x,，此外,E,0,還要在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中保持穩(wěn)定，又能準(zhǔn)確讀數(shù)。在電位差計(jì)中，,E,0,是用一個(gè)穩(wěn)定性好的電池（,E,）加上精密電阻接成的分壓器來(lái)代替的，如圖2所示。,實(shí)驗(yàn)原理,圖2中，由電源,E,、限流電阻,R,1,以及均勻電阻絲,R,AD,構(gòu)成的回路叫做,工作回路,。由它提供穩(wěn)定的工作電流,I,0,，并在電阻,R,AD,上產(chǎn)生均勻的電壓降。改變,B,、,C,之間的距離，可以從中引出大小連續(xù)變化的電壓來(lái)，起到了與,E,0,相似的作用。為了能夠準(zhǔn)確讀出該電壓的讀數(shù)，使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池進(jìn)行校準(zhǔn)。換接開(kāi)關(guān),K,倒向“1”端，接入標(biāo)準(zhǔn)電池,E,S,，由,E,S,、限流電阻,R,2,、檢流計(jì)G和,R,BC,構(gòu)成的回路稱(chēng)為,校準(zhǔn)回路,。把,B,、,C,固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄈ鐖D中的位置），設(shè),R,BC,=,R,S,，調(diào)節(jié),R,1,（即調(diào)節(jié),I,0,），總可以使校準(zhǔn)回路的電流為零，即,R,S,上的電壓降與,E,S,之間的電位差為零，達(dá)到補(bǔ)償。,實(shí)驗(yàn)原理,由歐姆定律可知：,這一過(guò)程叫做電位差計(jì)的校準(zhǔn)，又稱(chēng)“,工作電流的標(biāo)準(zhǔn)化,”。,即,測(cè)量,E,x,時(shí)，把換接開(kāi)關(guān)投向“2”端，接入待測(cè)電池,E,x,。接入待測(cè)電池,E,x,，由,E,x,、限流電阻,R,2,、檢流計(jì)G和,R,BC,構(gòu)成了,測(cè)量回路,。調(diào)節(jié)BC之間的距離，總可以找到另一位置BC，使測(cè)量回路的電流為零，即,R,BC,上的電壓降和,E,x,之間的電位差為零，測(cè)量回路達(dá)到補(bǔ)償。設(shè)此時(shí),R,BC,=,R,x,，于是有,以上這種調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)姆椒?，叫做?定流變阻,”調(diào)節(jié)法,可推導(dǎo)出,(2),(3),實(shí)驗(yàn)原理,UJ36a型電位差計(jì)的工作原理如圖3所示。圖中,E,x,是待測(cè)電動(dòng)勢(shì)；,E,S,是標(biāo)準(zhǔn)電池；,R,S,是標(biāo)準(zhǔn)電阻；G是檢流計(jì)。,實(shí)驗(yàn)原理,當(dāng)把開(kāi)關(guān),K,擲向,aa,端時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池,E,S,所在回路接通，調(diào)節(jié)工作回路中的電阻,R,p,，即改變通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻,R,S,及,R,AB,的電流，直至檢流計(jì)G的指針指零，此時(shí),把開(kāi)關(guān),K,擲向,bb,端，待測(cè)電動(dòng)勢(shì),E,x,所在回路接通，調(diào)節(jié)電阻,R,AB,上的活動(dòng)觸頭,c,、,d,，直至檢流計(jì)G的指針指零，則,用電位差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)(電壓)的優(yōu)點(diǎn),檢流計(jì)G只作指零儀器，消除了利用偏轉(zhuǎn)指示所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。,用伏特計(jì)測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，必定有電流流過(guò)伏特計(jì)，因此伏特計(jì)測(cè)得的是電源的端電壓，而不是電源的電動(dòng)勢(shì)。用電位差計(jì)測(cè)量時(shí)，電位補(bǔ)償原理決定了測(cè)量回路中無(wú)電流流過(guò)，故測(cè)量結(jié)果就是電源的電動(dòng)勢(shì)。,電位差計(jì)在測(cè)量時(shí)，工作電流,I,0,一經(jīng)調(diào)定就不能再動(dòng)，因此,I,0,保持為一常數(shù)。由（3）式可知電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量誤差僅取決于電阻絲和標(biāo)準(zhǔn)電池的誤差。只要電阻絲的電阻和標(biāo)準(zhǔn)電池能保證高度準(zhǔn)確（實(shí)際上這兩者都非常容易作到0.05的準(zhǔn)確度或更高），電位差計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度就可以很高，一般不難達(dá)到0.05的準(zhǔn)確度。伏特計(jì)由于受到制造工藝上的限制，準(zhǔn)確度達(dá)到0.5就不容易了，再提高準(zhǔn)確度則更困難。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟,1. 測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)。,(1) 把電位差計(jì)的“倍率開(kāi)關(guān)”旋向,1檔，此時(shí)電位差計(jì)的工作回路接通，帶電流放大器的檢流計(jì)的電源也接通。調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕可調(diào)整電流放大器的工作點(diǎn)，使檢流計(jì)指零。,(2) 把電位差計(jì)的“校準(zhǔn)、測(cè)量開(kāi)關(guān)”扳向“標(biāo)準(zhǔn)”端，調(diào)節(jié)“,R,P,”旋鈕，使檢流計(jì)指零，完成電位差計(jì)的“工作電流標(biāo)準(zhǔn)化”。,(3) 將電位差計(jì)的“校準(zhǔn)、測(cè)量開(kāi)關(guān)” 扳向“未知”端，調(diào)節(jié)步進(jìn)旋鈕和滑線(xiàn)讀數(shù)盤(pán)，使檢流計(jì)指零。則,未知電動(dòng)勢(shì),Ex,=（步進(jìn)旋鈕讀數(shù)+滑線(xiàn)盤(pán)讀數(shù)）×倍率,干電池電動(dòng)勢(shì),E,=,Ex,×分壓箱衰減電壓的倍數(shù),儀器介紹,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟,2. 測(cè)量干電池的內(nèi)阻。,如圖（4）所示，開(kāi)關(guān),K,合上。設(shè)電源內(nèi)阻為,r,，電流為,I,，干電池的端電壓為,U,，則,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟,3. 測(cè)量電位差計(jì)的靈敏度。,按正常的操作步驟測(cè)完某個(gè)電壓后（此時(shí)電位差計(jì)達(dá)到平衡），轉(zhuǎn)動(dòng)滑線(xiàn)盤(pán)，使補(bǔ)償電壓讀數(shù)改變,E,x,，相應(yīng)檢流計(jì)的指針會(huì)偏轉(zhuǎn),n,格。定義,這就是該電位差計(jì)在該實(shí)驗(yàn)條件下的靈敏度。實(shí)驗(yàn)測(cè)定,S,時(shí)取,n,=1.0,格，并左、右各做一次取平均。,一般人眼的能力，在使用了“躍接法”等正確操作方法后，,n=,0.1,格是能覺(jué)察的最小偏轉(zhuǎn)格數(shù)，與之相應(yīng)的,E,x,就是電位差計(jì)能判別的最小電壓極限。,思考題,1. 為什么電位差計(jì)可以實(shí)現(xiàn)高精確度的測(cè)量？,2. 為什么可以用電位差計(jì)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)？,3. 電位差計(jì)的靈敏度對(duì)電壓的測(cè)量誤差有何影響？怎樣提高電位差計(jì)的靈敏度？,