电位差计大学物理实验分析课件.ppt

1、用用十一线电位差计测量电动势十一线电位差计测量电动势 实验目的实验目的 1.1.学习学习“补偿法补偿法” 在实验中的应用。在实验中的应用。 2.掌握电位差计的工作原理及其进行测量的基掌握电位差计的工作原理及其进行测量的基本方法。本方法。3.3.学习对实验电路参数的估算及校准的方法。学习对实验电路参数的估算及校准的方法。 实验仪器实验仪器 FB322型型电位差计实验电位差计实验仪和仪和FB325型新型十一型新型十一线电位差计线电位差计 补偿法原理补偿法原理 G vRgRU-+VErI电压表的测量原理：电压表的测量原理：实际测的是通过表头的实际测的是通过表头的电流电流，转换成电压值标出转换成电压值

2、标出电压表测电动势电压表测电动势实际测的是实际测的是端电压端电压因电动势有内阻因电动势有内阻I测的不是电动势！测的不是电动势！电压表是由表头电压表是由表头G（微安表）微安表）和分压电阻和分压电阻Rv组成组成实验原理实验原理 补偿原理补偿原理 IIIg=0因测量时，待测电因测量时，待测电动势有电流输出动势有电流输出加一电源（工作电源）加一电源（工作电源）提供一提供一反向反向电流电流注意注意两者的方向两者的方向调节调节E0，使电使电路总电流为路总电流为0等效等效Ex无输出无输出补偿法原理图补偿法原理图 工作回路工作回路 校准校准回路回路测量测量回路回路工作电源工作电源工作电流工作电流待测电动势待测

3、电动势检流计检流计标准标准电池电池 NE标准电阻标准电阻 、NRXR标准电阻标准电阻 、补偿原理补偿原理 1、调工作回、调工作回路路选定选定RN，调调Rp使检使检流计电流为流计电流为0电路达到平衡补偿状态电路达到平衡补偿状态 I0RN=EN（EN像似未接像似未接）开关合向开关合向 NE2、测量、测量调调Rx使检流计电流为使检流计电流为0（Ex像似未接）像似未接）I0Rx=ExxNxNEERR NNxxERRE 开关合向开关合向 xE注意：测量时，注意：测量时，Rp不能变！不能变！工作回路的工作回路的I0不变！不变！I0由由3个电阻个电阻值和值和E0决定决定I0由由3个电阻个电阻值和值和E0决定

4、决定由由11条电阻丝代替条电阻丝代替Rp 、Rx和和RN，且共用且共用每条电阻长每条电阻长1米，米，10。（。（新式的电新式的电位差计：等效长位差计：等效长1米米）实际电路原理图实际电路原理图 工作回路工作回路校准校准回回路路测量测量回回路路RCDRNRCDRx因测量时，工作回路的因测量时，工作回路的I0是一定值是一定值对工作回路，总电阻对工作回路，总电阻是是定值定值11线线I0RN=ENI0Rx=ExNNxxERRE E E0 0确定确定I0确定确定实验内容实验内容与步骤与步骤测量干电池的电动势测量干电池的电动势 才有才有标定电位差计工作电标定电位差计工作电流流I0 标定标定E E0 0选定

5、选定E E0 0值值例：例：E E0 0=2.2V=2.2VU0 ：每米的电压：每米的电压1 1、电位差计工作电流、电位差计工作电流I0的的标定标定电阻丝总长度为电阻丝总长度为1111米米 1100EU 根据需要，标定每米的电压为：根据需要，标定每米的电压为：U0V/mV/m十一线十一线ABAB上的最大电压降为：上的最大电压降为： V Vm m= =U0V/mV/m11m=1111m=11U0（V V）V Vm m=0.2V/m=0.2V/m11m=2.2V11m=2.2V例：每米电压降标定为例：每米电压降标定为0.20.2V/m V/m ，最大电压为：最大电压为：量程：量程：2.22.2（V

6、 V）V Vm m=0.3 V/m=0.3 V/m11m=3.3V11m=3.3V若：每米电压降标定为若：每米电压降标定为0.3 0.3 V/m V/m ，最大电压为：最大电压为：量程：量程： 3.3 3.3（V V）即：量程为即：量程为 1111U0（V V）如何选量程？如何选量程？例：例：1.51.5V V的干电池的干电池若若U0=0.1V/m=0.1V/m，量程：量程：1 1.1.1（V V）过小，测不出过小，测不出若若U0 =0.3V/m =0.3V/m，量程：量程：3 3.3.3（V V）过大，误差大过大，误差大U0=0.2V/m=0.2V/m，量程：量程：2.22.2（V V）11

7、0VU V/m14. 0115 . 1 量程要适中量程要适中2 2、校准、校准对于校准回路，对于校准回路，I I0=0=0时时例例：0.2 V/m0.2 V/mENEN=RNI0=U0LCD=0.2LCD0UELNCD 标定m395. 33 . 00186. 1 标定CDLm093. 52 . 00186. 1 标准电池是一种化标准电池是一种化学电池，由于其电学电池，由于其电动势比较稳定动势比较稳定. 例例：0.3 V/m0.3 V/m即即LCD=5.093m U0=0.2V/m（1 1）计算）计算EN对应的电阻丝对应的电阻丝长度长度标准电动势：标准电动势：EN=1.0186 V0UELNCD

8、 标定刻度盘：等效刻度盘：等效1m长电阻丝，分成长电阻丝，分成3 3、测量干电池的电动势、测量干电池的电动势 0UELNCD 标定m093. 52 . 00186. 1 “C”接到接到“5”刻度盘对准刻度盘对准 0.093100格格每格：每格：0.01m（2 2）将）将CDCD置于置于L LCDCD标定标定值值注意：不要误注意：不要误作作0.930.93，否则，否则将难以平衡将难以平衡m093. 5 CDL将刻度盘将刻度盘置置0.093m刻度盘的读数刻度盘的读数右图的读数：右图的读数：0.630m类似游标卡尺读数类似游标卡尺读数ENm093. 52 . 00186. 1 0UELNCD 标定因

9、因 EN= RNI0 = U0LCD=0.2LCD理论上理论上检流计电流为检流计电流为0若不为若不为0，调调E0，使检使检流计电流为流计电流为0先估算先估算LCD测量测量类似类似LCD标定标定m5 . 72 . 05 . 1CD 测量L干电池的电动势干电池的电动势 ：1.5Vm512. 7CD 测量L3、测量、测量ExI0Rx=Ex = U0LCD测量测量=0.2LCD测量测量理论上理论上检流计电流为检流计电流为0若不为若不为0，调调刻度盘刻度盘，使使检流计电流为检流计电流为0，记下读，记下读数数V502. 1m512. 72 . 0CD0 测量LUEx步骤：步骤： 接线接线开关开关K1 K断

10、开（或断开（或“分分”），开关），开关K 、K：内接内接接通总电源接通总电源调节调节E0，电压为电压为“.”检流计调检流计调0，量程先置最大，量程先置最大档档打开打开E0有粗调、细调有粗调、细调电源调电源调2.20V，以满足所设量程以满足所设量程这就是这就是工作电工作电路的调路的调节节m093. 52 . 00186. 1 标定CDL“C”接到接到“5”刻度盘对准刻度盘对准 0.093将将CDCD置于置于L LCDCD标定标定值值虚线部分虚线部分已接好已接好面板画虚线处表面板画虚线处表示已经连好的示已经连好的连接连接校准校准回路回路理论上，理论上，此时检流此时检流计电流应计电流应为为0开关开关

11、K2合向合向EN实际上，检流计实际上，检流计电流一般不为电流一般不为0调调E，使检流使检流计电流为计电流为0注意：开始，检流计量程选最注意：开始，检流计量程选最大，逐步减小。最后合上大，逐步减小。最后合上K3之后，之后，E不能再变！不能再变！2.18校准电路校准电路的调节的调节先估算先估算LCD测量测量m5 . 72 . 05 . 1CD 测量L干电池的电动势干电池的电动势 ：1.5V“C”C”连接到连接到“7”“7”测量测量断开断开K2刻度盘置：刻度盘置： 0.52.18同样，先将检流计量程选最大，断开同样，先将检流计量程选最大，断开K3调节时再逐步减小量程，最后合上调节时再逐步减小量程，最

12、后合上K3调节调节LCD测量测量，使，使检流计电流为检流计电流为0调节调节LCD测量测量，使，使检流计电流为检流计电流为0调节调节C点和刻度盘点和刻度盘开关开关K2合向合向Ex连接待测连接待测电动势电动势Ex记下测量值记下测量值LCD测量=Ex=U0LCD测量=4 4、测量干电池的内阻、测量干电池的内阻 EIRIrExR)EEE(I)EE(rXX选定选定R，如如100欧欧断开开关断开开关K2（与测与测Ex类似：调节刻度盘，类似：调节刻度盘，使检流计电流为使检流计电流为0），测出），测出EE是是Ex的的端电压端电压通过通过R的电流的电流将将R，与与Ex并联并联ExrE 步骤步骤1 1、确定量程：

13、、确定量程： 1111U0（V V）110VU 2 2、计算标准电动势对应的电阻丝、计算标准电动势对应的电阻丝长度长度 （标准电动势：（标准电动势：EN=1.0186 V ） 0UELNCD 标定=5.093m3 3、将、将CDCD置于置于L LCDCD标定标定值：值：“C”接到接到“5”，刻度盘置，刻度盘置0.093按按P26图图6接线：接线：开关开关K1 K断开（或断开（或“分分”），开），开关关K 、K：内接内接4、接通总电源，、接通总电源，调节调节E0，电压为电压为“.”检流计调检流计调0，量程置最大档，量程置最大档打开打开5、开关、开关K2合向合向EN，调调E，使检流计电流为使检流计

14、电流为0先将检流计量程选最大，断开先将检流计量程选最大，断开K3调节时再逐步减小量程，调节时再逐步减小量程，最后合上最后合上K3一、调工作电路一、调工作电路V/m14. 0115 . 1 U0=0.2V/m=0.2V/m6、断开、断开K2同样，先将检流计量程选最大，断开同样，先将检流计量程选最大，断开K3调节时再逐步减小量程，最后合上调节时再逐步减小量程，最后合上K37、开关、开关K2合向合向Ex，调节调节LCD测量测量（调节刻度盘调节刻度盘），使检），使检流计电流为流计电流为0估计估计LCD测量测量置置LCD测量测量值值(C接接“7”，刻度盘：刻度盘：0.50.5）连接待测电动势连接待测电动

15、势Exm5 . 72 . 05 . 1CD 测量L8 8、记下此时刻度盘的数值、记下此时刻度盘的数值LCD测量测量。结果：结果：二、测电动势二、测电动势LCD测量=Ex=U0LCD测量=三、测内阻三、测内阻9、断开、断开K2同样，先将检流计量程选最大，断开同样，先将检流计量程选最大，断开K3调节时再逐步减小量程，最后合上调节时再逐步减小量程，最后合上K310、开关、开关K2合向合向Ex，调节调节LCD测量测量（调节刻度盘调节刻度盘），使），使检流计电流为检流计电流为0 测量CD0LUE记下此时刻度盘的数值记下此时刻度盘的数值: : LCD测量测量=选定选定R 为为100欧欧1111、与测与测Ex类似：调节刻度盘，使检流计电流为类似：调节刻度盘，使检流计电流为0，将将R，与与Ex并联并联R)EEE(rX思考：思考：1、什么是补偿原理、什么是补偿原理 ？2、为什么要先、为什么要先标定电位差计工作电流标定电位差计工作电流I0？3、若待测电动势为若待测电动势为3 3V V，每米电压降标定应为多少？每米电压降标定应为多少？4、测量时要注意什么？、测量时要注意什么？