摘 要：電位差計(jì)是采用補(bǔ)償原理和比較法電源電動(dòng)勢(shì)的精確儀器，它準(zhǔn)確度高、使用方便，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代工程技術(shù)中和大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)被廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)剖析了11線電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)和常見(jiàn)故常及原因。

關(guān)鍵詞：電位差計(jì) 補(bǔ)償原理 單位長(zhǎng)度壓降

中圖分類號(hào)：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）08（b）-0123-01

1 實(shí)驗(yàn)原理

我們都知道，用電壓表測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)Ex時(shí)，是將電壓表并聯(lián)到電源兩端，這樣就有電流I通過(guò)電源內(nèi)部。由于電源內(nèi)阻的存在電源內(nèi)部不可避免地存在電位降Ir，因而電壓表的指示值只是電源端電壓（U=Ex-Ir）的大小，而不是其電動(dòng)勢(shì)。怎樣才能使電源內(nèi)部沒(méi)有電流通過(guò)而又能測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)呢？顯然，只有當(dāng)I=0時(shí)，電源的端電壓U才等于電動(dòng)勢(shì)Ex。其原理如圖1所示，AB是一根11米長(zhǎng)的電阻；C，D為AB上兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)；E，Es，Ex分別為工作電源，標(biāo)準(zhǔn)電源和待測(cè)電源；Rx和Rh分別是滑動(dòng)變阻器和變阻箱；G為檢流計(jì)。它兩個(gè)回路組成，上部ABRxEA為工作回路，下部CEsGRhDC（或CExGRhDC）為補(bǔ)償回路。

校準(zhǔn)電位差計(jì)時(shí)，開(kāi)關(guān)接在標(biāo)準(zhǔn)電源Es。當(dāng)補(bǔ)償回路達(dá)到補(bǔ)償時(shí)（即VCD=Es，也就是電阻箱和檢流計(jì)同時(shí)指零），電阻絲AB上單位長(zhǎng)度的電壓降：

（1）

其中l(wèi)s=lcd，因此，可以變滑動(dòng)頭C、D的位置，就能改變C、D間的長(zhǎng)度lcd，繼而改變C、D間電壓差VCD大小。

測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)時(shí)，開(kāi)關(guān)K倒向2，只要Ex≤，總可以找到一個(gè)長(zhǎng)度lc′d′使G和Rh同時(shí)指零，這時(shí)間電勢(shì)差恰好與Ex相等?？傻么郎y(cè)電動(dòng)勢(shì)：

（2）

2 實(shí)驗(yàn)步驟

第一步：按如圖所示電路圖連接好電路。

第二步：標(biāo)定電位差計(jì)。

選擇電阻絲AB上合適單位長(zhǎng)度電壓降，計(jì)算校準(zhǔn)長(zhǎng)度。將K2倒向“1”，“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇祝{(diào)節(jié)“D”，使CD間電阻絲長(zhǎng)度等于ls。按下滑動(dòng)觸頭“D”，然后接通K1，觀察G的偏轉(zhuǎn)情況。如果G有偏轉(zhuǎn)，則需要調(diào)節(jié)Rx使其指零；如果G基本指零，則減小Rh到G有偏轉(zhuǎn)（不要使其滿偏），再改變滑線變阻器Rx。再次觀察G的偏轉(zhuǎn)情況，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到G和Rh同時(shí)指零為止。此時(shí)電阻絲上單位長(zhǎng)度壓降即為，電位差計(jì)定標(biāo)完畢。

第三步：測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)。

校準(zhǔn)結(jié)束后，工作電源E的大小和滑動(dòng)變阻器的位置不能再改變。這時(shí)，斷開(kāi)K1，將保護(hù)電阻Rh的滑動(dòng)端恢復(fù)到阻值最大位置。粗調(diào)：K2倒向“2”，估算lx大約長(zhǎng)度，將“C”插入適當(dāng)?shù)牟蹇?。?xì)調(diào)：接通K1，按下滑動(dòng)觸頭“D”，觀察G的偏轉(zhuǎn)情況。如果G有偏，則轉(zhuǎn)滑動(dòng)觸頭“D”使其指零。如果G基本指零，則減小Rh到G有偏轉(zhuǎn)（不要使其滿偏），再次滑動(dòng)觸頭“D”。再次觀察G的偏轉(zhuǎn)情況，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到G和Rh同時(shí)指零為止，記錄lx的長(zhǎng)度。便可計(jì)算得到待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)大小Ex。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析與討論

（1）實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)注意事項(xiàng)。

①在實(shí)驗(yàn)中工作電源的電壓必須略大于11。

②在接線中，三個(gè)電源不能混淆，正負(fù)極不能接反，以及兩個(gè)電阻不能用錯(cuò)，嚴(yán)格按照電路圖接線。

③校準(zhǔn)好電位差計(jì)后，工作電源大小和限流滑動(dòng)變阻器不能再改變。

④完成校準(zhǔn)和測(cè)量的時(shí)候電阻箱和檢流計(jì)必須同時(shí)指0。但是沒(méi)有完成時(shí)，變阻箱不應(yīng)該為0。

（2）常見(jiàn)故障及原因。

①檢流計(jì)始終不偏轉(zhuǎn)（補(bǔ)償回路不通：如某根導(dǎo)線斷了、沒(méi)接好或檢流計(jì)、待測(cè)電源或標(biāo)準(zhǔn)電源損壞。

②檢流計(jì)始終往一個(gè)方向偏，無(wú)論怎么調(diào)節(jié)不能指零（第一、二兩個(gè)注意事項(xiàng)）。

③改變滑動(dòng)變阻器的阻值，檢流計(jì)指針沒(méi)反應(yīng)（主回路中的某根導(dǎo)線斷了或沒(méi)接好）。

④扣下D按鈕檢流計(jì)就滿偏（第4個(gè)注意事項(xiàng)）

（3）完成本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。

①搞明白本次實(shí)驗(yàn)的主要原理即補(bǔ)償原理，什么是補(bǔ)償，如何實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

②接線路（三個(gè)電源不能混淆，正負(fù)極不能接反）。

③確定電阻絲上單位長(zhǎng)度壓降的三種方法：

第一，任意選定，參照（1）式計(jì)算（最好不要讓超出4～7 m）。

第二，任意選定（最好不要超出4～7 m），反過(guò)來(lái)計(jì)算。

如果采用上述兩種方法確定，在校準(zhǔn)電位差計(jì)前則需要將AB上有兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)C和D放在合適的位置（不能亂放），保證C和D間的長(zhǎng)度=，再進(jìn)行電位差計(jì)的校準(zhǔn)。

第三，也可以在校準(zhǔn)的時(shí)候，找到一個(gè)合適的長(zhǎng)度使G和Rh同時(shí)指零，此時(shí)C和D間的長(zhǎng)度即為，這樣可有（1）式計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆旭東，徐國(guó)旺.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：科教出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：徐斌（1981—），男，籍貫：湖北孝感，現(xiàn)為：湖北工業(yè)大學(xué)講師；學(xué)歷：研究生；研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。