用板式電位差計測量電池的電動勢和內(nèi)阻

1、實驗十七 用板式電位差計測量電池的電動勢和內(nèi)阻實驗?zāi)康?掌握補償法測電動勢的原理和方法。2測量干電池的電動勢和內(nèi)阻。實驗器材板式電位差計，檢流計，滑線變阻器，標準電池，待測電池，標準電阻（電阻箱），直流穩(wěn)壓電源等。實驗原理圖171VEX直流電位差計就是用比較法測量電位差的一種儀器。它的工作原理與電橋測量電阻一樣，是電位比較法。其中板式電位差計的原理直觀性較強，有一定的測量精度，便于學習和掌握，而箱式電位差計是測量電位差的專用儀器，使用方便，測量精度高，穩(wěn)定性好。此外，由于許多電學量都可變?yōu)殡妷旱臏y量，因此電位差計除了電位測量之外還可測量電流、電阻等其它量。本實驗討論板式電位差計。若將電壓表并聯(lián)

2、到電池兩端（圖171）就有電流I通過電池內(nèi)部，由于電池有內(nèi)電阻r，在電池內(nèi)部不可避免地存在電位降落I·r，因而電壓表的指示值只是電池兩端電壓VEXI·r的大小。顯然，只有當I0時，電池兩端的電壓V才等于電動勢EX。d 圖172baGE0EI怎樣才能使電池內(nèi)部沒有電流通過而又能測定電池的電動勢EX呢？這就需要采用補償法。如圖172中的ab為電位差計的已知電阻。使某一電流I通過電阻ab，由于在adE0a回路中ad段的電位差與E0的方向相反，只要工作電池的電動勢E大于標準電池的電動勢E0，滑動點就可以找到平衡點（G中無電流時對應(yīng)的點）此時ad段的電位即為E0，因而其它各段的電位差

3、就為已知，然后再用這已知電位差與待測量相比較。設(shè)此時ad段電阻為r1，則有 （171）再將E0換成待測電池EX，保持工作電流I不變，重新移動d點到d，G仍為零。設(shè)此時ad 的電阻為r2，則有 （172）比較上兩式得 即 （173）顯見，只要r2r1和E0為已知，即可求得EX的值。同理，若要測任意電路兩點間的電位差，只需將待測兩點接入電路代替EX即可測出。電位差計的準確度由（173）式?jīng)Q定，式中r2、r1、E0的準確度對EX的影響是明顯的。檢流計的靈敏度決定著（173）式近似成立的程度，若要在測量和校準的整個過程中工作電流始終恒定，這就必須要求工作電源的電動勢較穩(wěn)定。為了定量地描述因檢流計靈敏度

4、限制給測量帶來的影響，引入“電位差計電壓靈敏度”這一概念。其定義為電位差計平衡時（G指零）移動d點改變單位電壓所引起檢流計指針偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。即 （格伏） （174）儀器描述圖173 K2RghE01CDRKkkkkkkkkkkkkK1EGI2KEXR0024681013579圖173為板式電位差計實物線路圖（包括測電池內(nèi)阻的電路）。實驗時，先用標準電池E0調(diào)節(jié)工作電流，使電位差計的電阻絲單位長度上的電位差為E0L0，然后把K2倒向待測電動勢Ex，用滑鍵D找到平衡點，則 測電池的內(nèi)阻，將圖173中的K2和“2”點閉合，并閉合K，移動C、D位置，當G為零時，C、D間的電位差即待測電池的端電壓VXEX

5、I·r內(nèi)I R0（I 是EXK R0EX回路中的電流），所以測知EX、VX后，由此式便可算出電池內(nèi)阻r內(nèi)。實驗步驟（一） 清點主要儀器1 電源 （ ）2. 板式電位差計（ ）3. 檢流計（ ）4滑線變阻器（ ）5. 電阻箱（ ）6.待測電池（ ）7標準電池（）8. 導(dǎo)線（ ）9. 開關(guān)（ ） （二）按測量線路，安置儀器、接線（三）調(diào)整儀器 1 檢查檢流計指針是否為零，若否，則調(diào)節(jié)零點旋鈕；2 使Rg為最大值，E = 4 6V, R滑至中間，插頭C插在第6或第7孔處，滑動觸頭D置于中間。（四） 測量1 校準電位差計（1） 檢查線路后接通電源，將開關(guān)K2置于1處；（2） 調(diào)節(jié)R,滑動觸頭

6、D（細調(diào)），同時逐漸縮小Rg至Rg=0，直到檢流計指針沒有偏轉(zhuǎn)（Ig=0），讀取插頭C與滑動觸頭D之間距離L，填入表(1)；（3） 斷開K2、K1， Rg調(diào)至最大值。2 測量待測電池的電動勢（1） 將插頭C插在第10孔處，滑動觸頭D置于中間；（2） 將開關(guān)K2置于2處，調(diào)節(jié)滑動觸頭D，同時逐漸減小Rg至Rg=0，直到檢流計指針沒有偏轉(zhuǎn)(Ig=0)，讀出C、D間的距離L，填入表(1)中，重復(fù)五次。3 測量待測電池的內(nèi)阻（1） 斷開開關(guān)K2、K1，給待測電池兩端并聯(lián)一電阻R,R=500歐；（2） 依照上述測量2的步驟，測量L填入下表（1）。4 將R取為50歐、800歐時，測出干電池的內(nèi)阻，將數(shù)據(jù)填

7、入表(2)中。 （五）列數(shù)據(jù)表格數(shù)據(jù)處理要求上述各項測量均重復(fù)五次，測量結(jié)果用不確定度表示，并將記錄的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果填入自行設(shè)計的表格之中。注意事項1 避免翻動標準電池；2 注意E、Es、Ex接入電路的方向，不可接錯；3 每次測量，開始應(yīng)將Rg調(diào)整到最大值，然后逐步減小，以免損壞檢流計；4 測量結(jié)束，應(yīng)先斷開補償電路，再斷開輔助回路。5 每測一組數(shù)據(jù)后，斷開電源，測數(shù)據(jù)要盡可能快。思考討論1用電位差計測電動勢的物理思想是什么？2電位差計能否測量高于工作電源的待測電源電動勢？3在測量中如果檢流計總是向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，其原因可能有哪些？4本實驗為什么要用十一根電阻絲，而不是簡單地只用一根？CdHg圖17

8、4石棉CdSO4HgCdSO4HgSO4附：標準電池簡介原電池的電動勢與電解液的化學成分、濃度、電極的種類等因素有關(guān)，因而一般要想把不同電池做到電動勢完全一致是困難的。標準電池就是用來當作電動勢標準的一種原電池。實驗室常見的所謂干式標準電池和濕式標準電池，濕式標準電池又分為飽和式和非飽和式兩種。這里僅簡介最常用的飽和式標準電池亦稱“國際標準電池”，它的結(jié)構(gòu)如圖174所示。1標準電池具有如下特點：（1）電動勢恒定，使用中隨時間變化很小。（2）電動勢因溫度的改變而產(chǎn)生的變化可用下面的經(jīng)驗公式具體地計算。式中Et表示室溫t時標準電池的電動勢值（伏）；E20表示室溫20時標準電池的電動勢值（伏），此值一般為已知。（3）電池的內(nèi)阻隨時間保持相當大的穩(wěn)定性。2使用標準電池要