实验一 箱式电位差计的原理及应用
学生式电位差计是按串联代换式电位差计的电路设计的。其特点是线路简明、原理清楚，非常适合大学、中专、中学的学生实验。用它不仅可以直接测量电源电动势、温差电动势，而且配用标准电阻箱后还可以用来测量直流电流和电阻等。
【实验目的】
1. 了解电位差计的工作原理、结构、特点和操作方法，加深对补偿法测量原理的理解和运用.
2. 掌握用电位差计测量电池电动势.
3. 掌握用电位差计测定电阻的方法，会设计简单的测量电路.
【实验仪器】
稳压电源、87-1型学生型电位差计、标准电池、待测干电池、开关、导线 【实验原理】
图1是将被测电动势的电源Ex与一已知电动势的电源EO“+”端对“+”端，“-”端对“-”端地联成一回路，在电路中串联检流计“G”，若两电源电动势不相等，即Ex≠E0， 回路中必有电流，检流计指针偏转；如果电动势EO可调并已知，
那么改变EO的大小，使电路满足EX=E0，则回路中没有电流，检
流计指示为零，这时待测电动势EX得到己知电动势EO的完全补
偿。可以根据已知电动势值EO定出EX，这种方法叫补偿法。如
果要测任一电路中两点之间的电压，只需将待测电压两端点接入
上述补偿回路代替Ex，根据补偿原理就可以测出它的大小。我们
知道，用电压表测量电压时，总要从被测电路上分出一部分电流， 图1补偿电路 从而改变了被测电路的状态，用补偿法测电压时，补偿电路中没有电流，所以不影响被测电路的状态。这是补偿测量法最大的优点和特点。
按电压补偿原理构成的测量电动势的仪器称为电位差计。由上述补偿原理可知，采用补偿法测量电动势对EO应有两点要求：（1）可调。能使EO和EX补偿。（2）精确。能方便而准确地读出补偿电压EO大小，数值要稳定。
图2是实现补偿法测电动势的原理线路，即电位差计的
原理图。采用精密电阻Rab组成分压器，再用电压稳定的电
源E和限流电阻R串联后向它供电。只要 Rcd 和IO数值精
确，则图中虚线内cd之间的电压即为精确的可调补偿电压
EO，EO和EX组成的回路cdGEX 称为补偿回路。
87-1市电型学生式电位差计外接配套件为标准电池（按
极性接入“ES”接线柱），待测电势（电压）接入“EX” 接
线柱， Rb已内接一保护电阻，不需另接电阻箱，其它均已安装 图2电位差计原理图在密闭的机箱内，各部分之间连接导线也成套供应。图3为87-1型学生式电位差计的面板布置图。
图3 87-1型学生式电位差计
【实验内容与步骤】
1、校准电位差计工作电流（称校准）
在仪器后部接入220V市电，闭合电源开关，再闭合检流计“电源”开关，调节“调零”旋钮使检流计指“0”，在RA、RB和RC三测量盘上打以等于标准电池电动势的相应示值，如已知标准电池的电动势为1.01860V，则在×0.1V盘打以“10”，×0.01V盘打以“1”，×0.001V盘打以“8.6”大格示值，用所附导线按图5进行连接（粗黑线代表连接导线），经反复检查无误后，将“K1”打至“开”位置，指示灯点亮，用其它导线接入标准电池ES和待测电动势EX，合上K3，将K2推向ES（间歇使用），并同时调节R，使检流计无偏转（指零），如此反复开、合K2 ，确认检流计中无电流流过时，则IO已达到规定值（5.5mA）。校准工作电流IO后，不再对R进行调节。
2、测量1号干电池的电动势（称测量）
在RA、RB、RC三个测量盘上打上待测电动势的近似值，K2推向EX并同时调电位差计RA、RB、RC三个测量盘的示值，使检流计无偏转（在测EX的步骤中R不能变动）此时RA、RB和RC显示的读数值即为EX值，测盘结束应打开K1、K2、K3。
重复“校准”与“测量”两个步骤。共对EX测量三次，取EX的平均值作为测量结果
3、测量电池的内阻
a、打开K2、K3，按图4所示线路连接电路，R’为电阻箱。
b、同上述测量步骤，合上K4测得R’两端电压E’。
1
由EEXIrEX
式中： r—电池内阻，Ω； ,EXEX,r 化简得 r1R ,R,rE
EX—电池电动势，V；
E’— K4合上时端电压，V；
R’—与电池并联的电阻箱阻值，Ω。
R’已知，只要分别测出当开关K4打开和合上时ab两
端的电压EX和E ’,然后代入公式可求得电池内阻。
待测电池不能供给大电流，所以测其内阻时R’值不能
太小。应先定好R’=100Ω再接入路。实验中只在测量E ’
时才合上开关K4，测量完毕立即断开，以免干电池放电过
多。
图4 电路连接图
【注意事项】
1、标准电池只能短时间通过1μA左右的电流，否则将影响标准电池的精度直到造成永久性电动势衰落。所以，使用K2要短促，以保护标准电池，不能用伏特计测它的电动势。
2、因本仪器为市电型，所以仪器面板上的“E”两接线柱不必接线。
【预习思考题】
1. 补偿法的原理是什么？采用补偿法测量应满足什么条件？
2. 电位差计由几个回路组成，它们各起什么作用？
【思考题】
1. 给你一个已知阻值的标准电阻，你能否用电位差计测量某一未知电阻？试画出电路图，并简述其原理.
2. 箱式电位差计校准工作电流时要注意哪些？
3. 若在校准工作电流的过程中，检流计指针总是偏向一边，试分析有哪些可能的原因？
2
实验一 箱式电位差计的原理及应用
学生式电位差计是按串联代换式电位差计的电路设计的。其特点是线路简明、原理清楚，非常适合大学、中专、中学的学生实验。用它不仅可以直接测量电源电动势、温差电动势，而且配用标准电阻箱后还可以用来测量直流电流和电阻等。
【实验目的】
1. 了解电位差计的工作原理、结构、特点和操作方法，加深对补偿法测量原理的理解和运用.
2. 掌握用电位差计测量电池电动势.
3. 掌握用电位差计测定电阻的方法，会设计简单的测量电路.
【实验仪器】
稳压电源、87-1型学生型电位差计、标准电池、待测干电池、开关、导线 【实验原理】
图1是将被测电动势的电源Ex与一已知电动势的电源EO“+”端对“+”端，“-”端对“-”端地联成一回路，在电路中串联检流计“G”，若两电源电动势不相等，即Ex≠E0， 回路中必有电流，检流计指针偏转；如果电动势EO可调并已知，
那么改变EO的大小，使电路满足EX=E0，则回路中没有电流，检
流计指示为零，这时待测电动势EX得到己知电动势EO的完全补
偿。可以根据已知电动势值EO定出EX，这种方法叫补偿法。如
果要测任一电路中两点之间的电压，只需将待测电压两端点接入
上述补偿回路代替Ex，根据补偿原理就可以测出它的大小。我们
知道，用电压表测量电压时，总要从被测电路上分出一部分电流， 图1补偿电路 从而改变了被测电路的状态，用补偿法测电压时，补偿电路中没有电流，所以不影响被测电路的状态。这是补偿测量法最大的优点和特点。
按电压补偿原理构成的测量电动势的仪器称为电位差计。由上述补偿原理可知，采用补偿法测量电动势对EO应有两点要求：（1）可调。能使EO和EX补偿。（2）精确。能方便而准确地读出补偿电压EO大小，数值要稳定。
图2是实现补偿法测电动势的原理线路，即电位差计的
原理图。采用精密电阻Rab组成分压器，再用电压稳定的电
源E和限流电阻R串联后向它供电。只要 Rcd 和IO数值精
确，则图中虚线内cd之间的电压即为精确的可调补偿电压
EO，EO和EX组成的回路cdGEX 称为补偿回路。
87-1市电型学生式电位差计外接配套件为标准电池（按
极性接入“ES”接线柱），待测电势（电压）接入“EX” 接
线柱， Rb已内接一保护电阻，不需另接电阻箱，其它均已安装 图2电位差计原理图在密闭的机箱内，各部分之间连接导线也成套供应。图3为87-1型学生式电位差计的面板布置图。
图3 87-1型学生式电位差计
【实验内容与步骤】
1、校准电位差计工作电流（称校准）
在仪器后部接入220V市电，闭合电源开关，再闭合检流计“电源”开关，调节“调零”旋钮使检流计指“0”，在RA、RB和RC三测量盘上打以等于标准电池电动势的相应示值，如已知标准电池的电动势为1.01860V，则在×0.1V盘打以“10”，×0.01V盘打以“1”，×0.001V盘打以“8.6”大格示值，用所附导线按图5进行连接（粗黑线代表连接导线），经反复检查无误后，将“K1”打至“开”位置，指示灯点亮，用其它导线接入标准电池ES和待测电动势EX，合上K3，将K2推向ES（间歇使用），并同时调节R，使检流计无偏转（指零），如此反复开、合K2 ，确认检流计中无电流流过时，则IO已达到规定值（5.5mA）。校准工作电流IO后，不再对R进行调节。
2、测量1号干电池的电动势（称测量）
在RA、RB、RC三个测量盘上打上待测电动势的近似值，K2推向EX并同时调电位差计RA、RB、RC三个测量盘的示值，使检流计无偏转（在测EX的步骤中R不能变动）此时RA、RB和RC显示的读数值即为EX值，测盘结束应打开K1、K2、K3。
重复“校准”与“测量”两个步骤。共对EX测量三次，取EX的平均值作为测量结果
3、测量电池的内阻
a、打开K2、K3，按图4所示线路连接电路，R’为电阻箱。
b、同上述测量步骤，合上K4测得R’两端电压E’。
1
由EEXIrEX
式中： r—电池内阻，Ω； ,EXEX,r 化简得 r1R ,R,rE
EX—电池电动势，V；
E’— K4合上时端电压，V；
R’—与电池并联的电阻箱阻值，Ω。
R’已知，只要分别测出当开关K4打开和合上时ab两
端的电压EX和E ’,然后代入公式可求得电池内阻。
待测电池不能供给大电流，所以测其内阻时R’值不能
太小。应先定好R’=100Ω再接入路。实验中只在测量E ’
时才合上开关K4，测量完毕立即断开，以免干电池放电过
多。
图4 电路连接图
【注意事项】
1、标准电池只能短时间通过1μA左右的电流，否则将影响标准电池的精度直到造成永久性电动势衰落。所以，使用K2要短促，以保护标准电池，不能用伏特计测它的电动势。
2、因本仪器为市电型，所以仪器面板上的“E”两接线柱不必接线。
【预习思考题】
1. 补偿法的原理是什么？采用补偿法测量应满足什么条件？
2. 电位差计由几个回路组成，它们各起什么作用？
【思考题】
1. 给你一个已知阻值的标准电阻，你能否用电位差计测量某一未知电阻？试画出电路图，并简述其原理.
2. 箱式电位差计校准工作电流时要注意哪些？
3. 若在校准工作电流的过程中，检流计指针总是偏向一边，试分析有哪些可能的原因？
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