用电位差计测量电池的电动势_东北大学_大学物理实验.doc

大学物理实验报告 实验名称： 用电位差计测量电池的电动势 学院：资源与土木工程学院 专业：采矿工程 班级：1802 学号姓名：梁武鸿 电话实验日期： 2019 年 12 月 20 日 第 15 周 星期 5 第 3、4 节 实验室房间号：313 实验组号： 成绩 指导教师 朱林 批阅日期 年 月 日 1. 实验目的： （1）掌握电位差计的结构、构造原理和使用方法。 （2）练习使用电位差计测量干电池的电动势。 2. 实验器材： 名称 编号 型号 精度 滑线式电位差计 直流稳压电源 滑线变阻器 电源开关（单刀单掷） 单刀双掷开关 指针式检流计 Ⅲ级饱和式标准电池 Ⅱ级饱和式标准电池 3. 实验原理（请用自己的语音简明扼要地叙述，注意原理图需要画出，测试公式需要写明） 1.补偿法测电动势原理 为了能够精确测量电池的电动势,必须使待测电池中没有电流通过,为此,可设想一个测量电路,如图3.5.1所示,其中En为电动势能够调节成任意已知值的标准电源,当调节到使检流计指零时,由全电路欧姆定律知 从而Ex=En 此即补偿法电位差计的构造原理即是补偿法。显然,待测量不一定是电池的电动势,也可以是电路中的一段电压。 2.滑线电位差计的结构原理 图3.5.1所示的标准电源实际是不存在的,可以用数值已知且可任意调节的电位差计代替图3.5.1中的EN,这便成了如图3.5.2所示的情形如果调节CD段的电位差,使检流计指零,则有Ex=Ucd。图3.5.2中,AB段既可以是均匀电阻丝,也可以由一系列标准电阻组成假如AB是一段均匀电阻丝,则称为滑线电位差计,如果这段电阻丝长度为1m,一般称为单线式电位差计;如果这段电阻丝长度为11m,一般称为复线式电位差计。本实验采用复线式电位差计。如能确定单位长度的电位降落Uo,则有Ex=UoLcd 然而,单靠图3.5.2所示的电路并不能确定U的大小为此,考虑再一次运用补偿法电动势为已知的标准电池(20℃条件下,标准电池的电动势EN=1.01860V)来确定U的大小,这便形成了如图3.5.3所示的滑线电位差计测量电路。 该电路由三个回路构成, ABR EA称为主回路或工作回路;当换向开关K拨到N端时, FE NKGHF称为校准回路;当换向开关K拨到X端时, CE XKGDC称为测量回路。 使用电位差计前,必须对其进行校准校准的目的是使工作电流l或者使单位电阻或者单位长电阻丝上的电位降落U达到预定值。 第一个问题,U达到多少比较合适呢?这与所确定的量程有关,设待测电池的电动势大约为1.5V,故量程可设定为2.2V,又电阻丝长为11.00m,所以U的预定值为Uo=0.2000V/m。 第二个问题,如何能使U达到这个预定值呢?在图3.5.3中,将K合向校准一边(即N端),如果U能够与E相补偿,要使单位长度电位降落为U,那么LF应为多少?显然,它应为Lfh=509.3cm。 图3.5.4为滑线电位差计测量电路,标准电池的正极接到标号为5的接线柱(相当图3.5.3中的点F),待测电池的正极接到标号为7的接线柱(相当于图3.5.3中的点C校准时,开关K拨向N端,滑动触头放在9.3cm处(相当于图3.5.3中的点H),调节R 使检流计指零,这就意味着U已校准好(0.2000V/m) 校准完毕,即可进行测量,将开关拨向X端(此时R不许再动),移动滑动触头至某点(相当于图3.5.3中的点D),使检流计指零,令LFH=LN,LCD=Lx,则Ex=UoLx 3.UJ25型箱式电位差计结构原理 箱式电位差计形式较多,其结构大同小异现以本实验所用的UJ25型箱式电位差计为例,说明其结构原理. 图3.5.5(a)为其面板图,图3.5.5(b)为内部结构示意图.图3.5.5中所示的G,E并N端未装入箱内,与图3.5.3相对照,ERRnKoRoE为工作回路，NGRnEnN为校准回路，XGRExX测量回路。 该仪器工作时电流预定值为0.0001A，故电阻箱R,Rn，Rn~每欧姆的电位降低为0.0001V。在20℃下,EN=1.01860V,所以 Rn+Rn~=10186.0欧姆。 然而,E会随着环境温度有微小变化为了保证工作电流为0.0001A,Rn+Rn~应随着En的微小变化而略作调整,所以设有可变电阻Rn~,它为温度补偿电阻,见面板上的Rn~旋钮精密 测量时,要根据环境温度算出En的准确值,然后将Rn~置于该值上. 当转换开关K置于N时,为校准状态工作电流的预定值靠Ro的调节达到Ro对应于面板图上的粗、中、细、微4个旋钮. 转换开关K置于X1时,测的是接于“未知1”的电动势或电压;置于X2时,测的是接于“未知2”的电动势或电压(线路中只画了一路