能够和E，补偿：（2)它的电压很稳定，并能够准确读出.实际的电位差计原理图，如图2-2(b)所示，它由两个回路构成：由电源E、制流电阻R，和精密电阻R、R，构成辅助电路；E RnKRARBInHARx+。Ex或 VK,(a）补偿电路(b）电位差计原理图图2-2补偿法测量电动势E,K,K,GAR,E（或E,RsAGK,K,Es)组成补偿回电路.在辅助回路中，调节R,使回路中有一定的标准电流I。流过RA、R（称工作电流标准化)，在RA、RB上产生均匀的电位降，并以I。为标准，把电阻的数值转换成电压值标在刻度盘上.改变滑动头C的位置，就能改变A、C间的电位差UAc的大小，UAc相当于上面所要求的“E。”，测量时，将UAc与未知电动势E,进行比较，当检流计指零时(称电位差计平衡)，E，=Uac·2.电位差计使用方法(1)工作电流标准化：为了使UAc中流过的电流是标准电流I。，可借助于标准电池E，进行校准.在图2-2(b)中将K，合向E。一边，调节R，，改变辅助回路中的电流，若当检流计指零时，Rs上的电位差恰与Es相等。由于E，和R，都是准确值，这时辅助回路中的电流就能精确地校准到所需的I。值.(2)测量：把K，合向E一边，只要E，≤IR，总可以调节滑动头C，使检流计再度指零，这时必定有：E,=IRAc=UAC:因为I。已被校准，E，就能由标定的UAc直接读出.同理，如果要测量任一电路两点间的电14
14 能够和 Ex 补偿. (2)它的电压很稳定，并能够准确读出.实际的电位差计原理图，如图 2-2(b) 所示，它由两个回路构成：由电源 E 、制流电阻 Rn 和精密电阻 RA 、 RB 构成辅助电路； (a) 补偿电路 (b) 电位差计原理图 图 2-2 补偿法测量电动势 ExK2K1GARxEx (或 ESRS AGK1K2ES )组成补偿回电路.在辅助回路中，调节 Rn 使回路中 有一定的标准电流 0 流过 RA 、RB (称工作电流标准化)，在 RA 、RB 上产生均匀的电位降， 并以 0 为标准，把电阻的数值转换成电压值标在刻度盘上.改变滑动头 C 的位置，就能改变 A、C 间的电位差 UAC 的大小， UAC 相当于上面所要求的“ E0”. 测量时，将 UAC 与未知电 动势 Ex 进行比较，当检流计指零时(称电位差计平衡)，Ex UAC . 2.电位差计使用方法 (1)工作电流标准化：为了使 UAC 中流过的电流是标准电流 0 ，可借助于标准电池 ES 进行校准.在图 2-2 (b)中将 K2 合向 ES 一边，调节 Rn ，改变辅助回路中的电流，若当检流 计指零时， RS 上的电位差恰与 ES 相等. 由于 ES 和 RS 都是准确值，这时辅助回路中的电流 就能精确地校准到所需的 0 值. (2)测量：把 K2 合向 Ex 一边，只要 Ex 0RB ，总可以调节滑动头 C，使检流计再 度指零，这时必定有： Ex RAC UAC 0 . 因为 0 已被校准， Ex 就能由标定的 UAC 直接读出.同理，如果要测量任一电路两点间的电 C Rs G B K2 Rx RA Ex 或 V Es S X K1 RB I0 Rn E K0 A Ex G E0
位差，只要将待测两点接入补偿回路代替E，即可测出，[实验内容]1.测量干电池的电动势（1)记录室温，按附录1中饱和式标准电池的温度修正公式，算出室温下的E，，将电位差计上相应的温度补偿旋钮R，拨到E，值.(2)按图2-3接线，注意电池正负极的联接，选取适当的分压比因为干电池的电动势大约1.5V，超出UJ31型电位差计的测量范围171mV，不能直接测量.因此，必须用分压箱(UJ31型电位差计使用说明请阅附录2)Ex1GE.E00x100AF分压箱+cO-+o0-+o00-0- +o标准未知2检流计未知15.76.4V电位差计图2-3电位差计接线图(3)测量前先调整检流计光标正对“零位”，将R旋至“x10”处，K,指在“标准(4)标准工作电流：调节R,的“粗”、“中”“细”三个旋钮，按下K,的“粗”按钮，当发现检流计光标发生偏转时，松开K，的粗按钮；重新调节R，再接通K粗按钮，反复多次调节R，再接通K,粗按钮，直到检流计光标指示为零后，再按“细”按钮，并仔细调节R的“中”、“细”两个旋钮，使检流计指示为零.在测量过程中，为了保证电位差计的工作电流不变，要经常进行这一校准步骤，检查标准电流有无变化，若有变化，应作校准，在本实验中，要求每测一个数据，作一次校准(5)测量未知电动势：不再调节R，，将K，旋至“未知”处，仍然先按下“粗”按钮，调节测量盘I、II、III，使检流计指示为零，再按下“细”按钮，微调测量盘III，使检流计指零，从转盘I、II、III上读出未知电动势之值E15
15 图 2-3 电位差计接线图 图 4－3 位差，只要将待测两点接入补偿回路代替 Ex ，即可测出. [实验内容] 1.测量干电池的电动势 (1)记录室温，按附录 1 中饱和式标准电池的温度修正公式 ，算出室温下的 Et ，将 电位差计上相应的温度补偿旋钮 RS 拨到 Et 值. (2)按图 2-3 接线，注意电池正负极的联接 ，选取适当的分压比. 因为干电池的电 动势大约 1.5V，超出 UJ31 型电位差计的测量范围 171mV，不能直接测量.因此，必须用分压 箱(UJ31 型电位差计使用说明请阅附录 2). Ex 0 10 分压箱 标准 检流计 5.7 6.4V 未知 1 未知 2 电位差计 图 2-3 电位差计接线图 (3)测量前先调整检流计光标正对“零位”，将 R0旋至“x10”处,K2 指在“标准. (4)标准工作电流： 调节 Rn 的“粗”、“中”、“细”三个旋钮，按下 K1 的“粗”按钮， 当发现检流计光标发生偏转时，松开 K1 的粗按钮;重新调节 Rn，再接通 K1 粗按钮，反复多 次调节 Rn，再接通 K1 粗按钮，直到检流计光标指示为零后，再按“细”按钮，并仔细调节 Rn 的“中”、“细”两个旋钮，使检流计指示为零.在测量过程中，为了保证电位差计的工作电 流不变，要经常进行这一校准步骤，检查标准电流有无变化，若有变化，应作校准，在本实 验中，要求每测一个数据，作一次校准. (5)测量未知电动势：不再调节 Rn , 将 K2 旋至“未知”处,仍然先按下“粗”按钮 ， 调节测量盘 、、 ，使检流计指示为零 ，再按下“细”按钮 ，微调测量盘 ，使 检流计指零，从转盘 、、 上读出未知电动势之值 Ex . E G Es
(6)重复测量E.三次，取其平均值作为测量结果2.测量电位差计的调节灵敏度（1)由于检流计灵敏度的限制，当检流计不偏转时，并不能说明补偿回路电流绝对等于零，因此与电桥一样，电位差计也有一个灵敏度的问题.测量电位差计的调节灵敏度方法An为电是：当电位差计达到平衡时，改变一个微小的△E，使检流计偏转△n格，定义AEx位差计的调节灵敏度.（对应人眼刚能观察到的偏转An=0.1的△E，就是电位差计所能判断的△E的极限由此可估计出对测量结果带来误差的大小）(2)实验时，可利用图2-3，先用电位差计测电池的电动势E，然后按下“细”按钮，并调节III读数盘，给E一个增量△Ex，使检流计光标在零点左边偏转5格，记下相应的AE,，求出会（其中 An=5.0div)：再次让检流计光标回到零点，并右偏 5 格，AE,!△n一，则电位差计的调节灵敏度为：记录相对零点的增量△Ex2，求出AEx2△nn12-AEx2AEx3.测量电池的内阻测量线路如图2-4，在被测电池两端并联一只可变电阻箱，取值R=100Q，设电池内阻为r，开关合上后，a、b间的电压为U=E,-Ir=IR,E.-UR.所以U式中E，和U均可用电位差计三次测出，然后求平均值得出.具体测量步骤请自拟。ExrKRavb接分压箱图2-4[思考题]1.电位差计为什么能测量电池的电动势？有何优缺点？并与电压表进行比较16
16 (6)重复测量 Ex 三次，取其平均值作为测量结果. 2. 测量电位差计的调节灵敏度 (1)由于检流计灵敏度的限制，当检流计不偏转时，并不能说明补偿回路电流绝对等 于零，因此与电桥一样，电位差计也有一个灵敏度的问题.测量电位差计的调节灵敏度方法 是：当电位差计达到平衡时，改变一个微小的 Ex ，使检流计偏转 n 格 ，定义 n Ex 为电 位差计的调节灵敏度.(对应人眼刚能观察到的偏转 n 01 的 Ex 就是电位差计所能判 断的 Ex 的极限. 由此可估计出对测量结果带来误差的大小). (2)实验时，可利用图 2-3,先用电位差计测电池的电动势 Ex ，然后按下“细”按钮， 并调节 读数盘，给 Ex 一个增量 Ex1 ，使检流计光标在零点左边偏转 5 格，记下相应的 Ex1， 求出 Ex1 n （其中 n 5.0div ）；再次让检流计光标回到零点，并右偏 5 格， 记录相对零点的增量 Ex2 ，求出 Ex2 n ，则电位差计的调节灵敏度为： 2 1 2 （ ＋ ） x Ex n E n 。 3.测量电池的内阻 测量线路如图 2-4，在被测电池两端并联一只可变电阻箱，取值 R =100 , 设电池内阻为 r ，开关合上后，a、b 间的电压为 U Ex r R， 所以 r E U U R x . 式中 Ex 和 U 均可用电位差计三次测出，然后求平均值得出.具体测量步骤请自拟。 E r K R + b a 接分压箱 x 图 2-4 [思考题] 1. 电位差计为什么能测量电池的电动势？有何优缺点？并与电压表进行比较
2.在实验中如果发现检流计指针总往一边偏，无法调到平衡，试分析产生这种情况有哪些原因？3.如何用电位差计校准电压表？4.能否用电位差计测量一未知电阻？试画出测量线路图并说明其原理附录1标准电池标准电池是测量电位差计的标准量具，它的电动势稳定，内阻高，并且它的内阻在相当大的程度上不随时间而变化标准电池是一种汞电池，常用的有H形封闭玻璃管式和单管式两种.前者只能直立放置，切忌翻荡，其结构如图1-1所示电池密封在H形的玻璃管内，标准电池中的电解国CdSO4CdS04CdHgHgSO47+图1-1液为硫酸镉溶液，正电极由汞和硫酸亚汞制成，负极由镉汞齐合金制成.用铂丝和两极接触作引出线.按电解液的浓度分为饱和式和不饱和式两种.饱和式的电动势最稳定，但随温度变化比较显著，其温度修正公式为E, = E20 -4×10~(t-20)-106(t-20)2V.式中E2是温度在20°C时的电动势值，不同型号的标准电池E各有不同，对于BC型饱和式标准电池有E2o =1.01855V.使用标准电池，必须注意以下几点：(1)标准电池绝不能当作电源来使用，在使用过程中最大瞬时电流不得超过1uA2)不能使标准电池短路，严禁用伏特表或万用表直接测量其两端的电压值(3)不能震动摇动，倒置或倾倒。附录 2UJ31型直流电位差计17
17 2. 在实验中如果发现检流计指针总往一边偏，无法调到平衡，试分析产生这种 情况有哪些原因？ 3. 如何用电位差计校准电压表？ 4. 能否用电位差计测量一未知电阻？试画出测量线路图并说明其原理. 附录 1 标准电池 标准电池是测量电位差计的标准量具，它的电动势稳定，内阻高，并且它的内阻 在相当大的程度上不随时间而变化. 标准电池是一种汞镉电池，常用的有 形封闭玻璃管式和单管式两种.前者只能 直立放置，切忌翻荡，其结构如图 11 所示电池密封在 形的玻璃管内，标准电池中 的电解 图 11 液为硫酸镉溶液，正电极由汞和硫酸亚汞制成，负极由镉汞齐合金制成.用铂丝和两极 接触作引出线.按电解液的浓度分为饱和式和不饱和式两种.饱和式的电动势最稳定 ， 但随温度变化比较显著 ，其温度修正公式为 Et E t t V 20 5 6 2 4 10 ( 20) 10 ( 20) . 式中 E20 是温度在 200C 时的电动势值，不同型号的标准电池 E20 各有不同，对于 BC 型 饱和式标准电池有 E20 1.01855V. 使用标准电池，必须注意以下几点： (1)标准电池绝不能当作电源来使用，在使用过程中最大瞬时电流不得超过 1 A. (2)不能使标准电池短路，严禁用伏特表或万用表直接测量其两端的电压值. (3)不能震动摇动，倒置或倾倒。 附录 2 UJ31 型直流电位差计 CdSO4 CdHg CdSO4 HgSO4 + _
箱式电位差计的类型很多，现以UJ31型为例加以说明，这是一种测量低电势的电位差计.它的测量范围是：1微伏至17.1毫伏（R旋至x1)或10微伏至171毫伏（R旋至x10)，使用5.7伏-6.4伏的外接工作电源，总工作电流为10毫安，测量的准确度为±0.05%.现将面板图2-1和工作原理图2-2的相应部分对照列表说明如下：O0000O00O5.7-6.4V未知！未知2标准检流计RnlRn2(RsRoRn31.01VX10~/1细Lx1中粗8T未知K2未知2工断e标准ANLX0.1×1OOx0.001mV租中RxKiEx或V图2-2图2-1面板上方一排接线柱分别为外接标准电池、检流计、工作电源和两个未知电动势，左下方的短路按钮能使检流计两端连通。按下“短路”钮，摆动的检流计指针迅速停下来。电位差计使用完毕，必须将开关“R”旋至“断”位置，并把各个电键、按钮和开关恢复到初始位置，原理图UJ31型电位差计面板图R,R分成R，（粗)，R，（中)和R细)三个电阻旋钮，以保证迅速准确地调节工作电流R标有R,的旋钮，是为补偿温度不同时标准电池电动势的变化而设置的.当温度不同，标准电池电动势有所变化，通过调节R，进而调节R两端的电压，使标准电池得到补偿R.R被分成I(x1)、II(x0.1)、III(x0.001)三个电阻转盘，并在转盘上标出电压，电位差计处于补偿状态时，可以从三个转盘读出未知电动势标有K，的按钮有二个，分别标记为“粗”和“细”，按下“粗”，保护电阻与检流计K,串联；按下“细”保护电阻被短路.操作时应先按“粗”，在检流计几乎不偏转时再按“细”.K,标有K，的旋钮的使用方法：校准电位差计时，应旋至“标准”，测定未知电动势时，旋至“未知1”或“未知2”。R有R的旋钮有“x1”和“x10”两档，测量范围为0-17.1mV时，应旋至“x1”；测量范围为0-171mV时，应旋至“x10”，18
18 箱式电位差计的类型很多，现以 UJ31 型为例加以说明，这是一种测量低电势的电位 差计.它的测量范围是：1 微伏至 17.1 毫伏(R0旋至 x1)或 10 微伏至 171 毫伏(R0旋至 x10)， 使用 5.7 伏-6.4 伏的外接工作电源，总工作电流为 10 毫安，测量的准确度为 0 050 0 . .现 将面板图 2-1 和工作原理图 2-2 的相应部分对照列表说明如下： _ + _ + _ + _ + R R R R R K S 0 n1 n2 n3 K2 标准 检流计 5.7 _ 6.4V 未知1 未知2 1.01 V 10 1 断 粗 中 细 未知1 断 标准 断 未知2 粗 中 细 1 1 0.1 0.001mV R E K R I R R R E s x K A B G K E 或 V + _ + _ n 0 s x 1 2 x s + _ 图 2 1 图 2 2 面板上方一排接线柱分别为外接标准电池、检流计、工作电源和两个未知电动势，左下 方的短路按钮能使检流计两端连通。按下“短路”钮,摆动的检流计指针迅速停下来。 电位差计使用完毕，必须将开关“R0”旋至“断”位置，并把各个电键 、按钮和 开关恢复到初始位置. 原理图 UJ31 型电位差计面板图 Rn Rn 分成 Rn1 (粗)，Rn2 (中)和 Rn3 (细)三个电阻旋钮，以保证迅速准确地调节工作电流. Rs 标有 Rs 的旋钮，是为补偿温度不同时标准电池电动势的变化而设置的.当温度不同，标 准电池电动势有所变化，通过调节 Rs 进而调节 Rs 两端的电压，使标准电池得到补偿. Rx Rx 被分成 I(x1)、II(x0.1)、III(x0.001)三个电阻转盘 ，并在转盘上标出电压 ，电 位差计处于补偿状态时，可以从三个转盘读出未知电动势. K1 标有 K1 的按钮有二个，分别标记为“粗” 和“细”. 按下“粗”，保护电阻与检流计 串联；按下“细”保护电阻被短路.操作时应先按“粗”，在检流计几乎不偏转时再按 “细”. K2 标有 K2 的旋钮的使用方法：校准电位差计时，应旋至“标准”，测定未知电动势时，旋 至“未知 1”或“未知 2"。 R0 有 R0 的旋钮有“x1”和“x10”两档，测量范围为 017.1mV 时,应旋至“x1”；测量 范围为 0171mV 时，应旋至“x10”. Rx