用补偿法测量电池电动势.pdf

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1、2005级实验物理讲稿孙文斌实验6补偿法测量电学量研究实验任务利用补偿法测量电池的电动势，测量回路中的电流，测量电阻等。实验仪器稳压电源2只，标准电源1只，滑动变阻器3只，电阻箱，箱式电桥，被测干电池，被测电阻，电阻（若干），电流表，电压表，检流计，导线（若干），电键（单刀双掷开关，按钮开关）实验目的1.掌握补偿法的基本原理。2.了解设计实验的特点，掌握设计实验的方法。实验原理1、补偿思想在中学已经学习到电压表测量电池的电动势，但由于电池内阻不为零，电压表内阻为有限值，电压表只能显示路端电压。（为

2、了解决问题，图1我们先看看电池的并联，如图1。）电池的并联前提条件：两个电池的电动势要完全相等，即ε＝ε。12也就是当ε＝ε时，检流计G无电流通过。12由此给我们一个启示：若ε为可读可变的直流电源（如图2），当2ε>ε，ε<ε时，检流计都有指示；仅当ε＝ε时，检流计指零。121212我们称此时的ε、ε处于互相补偿状态，ε的读数就是未知电源ε的1221电动势。图2在我们测量中，如何利用这种补偿状态，关键在于构建一个可读可变的直流电源。对于直流电源实现可变，可以用滑线变阻器的分压方法；对于可读可以用多

3、种方法来实现，如图3。图3可读可变直流电源2、补偿思想应用⋯⋯伏安法测电阻伏安法测量电阻，由于电压表、电流表的内阻，不论采用内接法、外接法都会给测量结果带来系统误差。在这里，利用与电阻串联的电流表测量电流，利用补偿思想测量电阻两端的电压(如图4所示)，此时的电阻值取决于电表的精度。上半部分I为可读可变支流电源，下半部分II为伏安法测量电阻电路，中间由检流计和开关（按钮开关）连接。当II回路调定某一电流值I（这值可以从电流表A读出）,调节I回路中分压器，按下按钮开关，观察检流图412005级实验物理

4、讲稿孙文斌计G，当检流计G指示为零时，I回路中分压器与II回路中R两端达到补偿态。此时I回路中分压器上显示的电压值，即为II回路中R两端的电压降U。由欧姆定律R=U/I即可获得被测电阻值。从测量过程来看，当两个电路中一电路中某两端电势差与另一回路中某两端电势差达到互相补偿时，两电路之间无相互影响。这就是利用补偿思想测量的优点。3、电位差计工作原理电位差计就是利用补偿思想测量电势差的专用仪器。电位差计中不带电流表和电压表，它的电压示数已经由n分压器的电阻值换算成电压值（在一定的电流下，一般是10A，

5、如10mA。）标在刻度盘上。如图5所示。由于刻度盘只能标定一次（即只能在某一电流值下进行标定），因此操作者（使用者）要利用分压器上的标度，必须使工作回路达到设计者设定的电流。然而电位差计上未带电压表、电流表，因此图5显示的测量电路是不能完成测量任务的。在实验中，实验室配有标准电池，在测量之前，校准工图5作电流为设定电流。如图6所示，图中①为工作回路；②为标准回路；③测量回路。测量原理：(1).确定工作电流I大小(根据被测干电池电动势的大约数值，估算和预置工作电流的大小。若取10mA。)；-6(2)

6、.测量温度t，根据Vs(t)=E20–(t+20)(t–20)×10V，计算标准电池Vs在当时室温下电动势的准确数值（若t=20℃，即Vs=1.0186V），并将校准工作电流回路中的电阻箱Rs调到对图6Vs应的阻值，即R=(=101.86Ω)；sI（3）.校准工作电流：接通工作回路，接通K→s、T，调节工作回路中的R，观察检p流计，直到检流计指零，即工作电流为设定值（10mA）；（此时标准电池电势与标准电阻Rs两端电势差达到相互补偿。同时注意，按钮开关T只能“点按”，不能持续“按”，因为标准电池不

7、能长时间通电；在调节过程中Rs的值不能改变。）（4）.测量未知电势差：接通工作回路，接通K→x、T，调节工作回路中的R，观察检流计，直到检流计指零，即分压器两端的电势差与被测电势差Vx达到相互补偿。（此时分压器上显示的示数即为被测电势差Vx的值。同时注意：此操作过程中，不能改变工作回路中的限流电阻Rp和标准电阻Rs值。）4、根据给定任务（测量干电池的电动势1.5V），设计实用电位差计由于箱式电位差计测量范围在mV量级，不能满足测量任务要求，我们根据上述电位差计测量原理设计自己的的电位差计。（1）.

8、根据原理图选定合适的仪器、元件注意：分压器上全电阻两端的电势差应大于被测电势差。如：测量干电池的电动势Vx=1.5V，若取工作回路电流为10mA，则须选择全电阻R大于150欧姆；工作电源E提供一定的电压值（0.01×（R+R）