实验报告
学生：陈勃达     学号： 240604214      院系：电气24-2    批阅时间： 2025-5-20 10:19

实验目的：

1.  了解电位差计的构造和工作原理。
2.  掌握用电位差计测量电源电动势的方法。

实验仪器：

1.  线式电位差计： 通常是十一线滑线式电位差计，包括一根 11 米长的电阻丝，绕在木板的接线插孔上，以及可滑动的接触器和带有毫米分度的米尺。
2.  标准电池：用来提供标准电动势的原电池，例如 Weston 电池。 需要注意避免短路，远离热源，避免震动和倒置。
3.  检流计： 用于检测电路中是否存在电流，判断是否达到补偿状态。
4.  工作电源： 提供稳定电压的电源，为电位差计工作电路提供电流。
5.  滑线变阻器 (RW)： 用于调节工作电路中的电流大小，校准电位差计。
6.  保护电阻 (R)：用于保护检流计和标准电池，防止电流过大损坏仪器。
7.  双刀双掷开关 (K2)： 用于选择接入标准电池或待测电池。
8.  单刀开关 (K1, K3)：K1 用于接通工作电路，K3 用于在测量时短路保护电阻，以提高测量灵敏度。
9.  导线：用于连接电路。

电位差计的实验原理是补偿法，具体可以分为以下几点：

1.  电源电动势等于电源断路时两端的电压。理想情况下，要测量电动势，应该在没有电流通过电源时进行。

2.  直接用伏特表测量电源两端电压时，由于伏特表的内阻不是无穷大，会从电源取走一定的电流，导致测得的电压低于电源的电动势。

3. 电位差计通过构建一个可调节的电压（来自电位差计的工作电路），与待测电源的电动势进行“对抗”。当这两个电压大小相等、方向相反时，电路中没有电流流过待测电源（达到“补偿”状态），此时电位差计所显示的电压值即为待测电源的电动势。

4.  具体电路原理：

工作电路 (AB段)： 由工作电源E0、滑线变阻器RW和电阻丝AB构成，提供一个稳定的工作电流I。
测量电路 (CD段)：当检流计G示数为零时，说明C和D两点之间的电压降 VCD 等于待测电源Ex的电动势，即 Ex = VCD。
关键公式：Ex = Irx * Lx  (Lx是 C-D 之间的电阻丝长度，rx是电阻丝单位长度电阻)
使用标准电池ES校准：为了避免直接测量工作电流I和单位电阻rx，使用标准电池ES代替待测电源，找到其对应的电阻丝长度LS。有公式：Es = Irx * Ls

5.  比例关系：通过调整可调电阻及电阻丝上的触点，使 Vx（待测电池的电动势）与标准电动势 Vs 在电位差计的电阻丝上所取的长度分别为Lx和Ls。由于电阻丝是均匀的，长度与电阻成正比，可以得出：
    Ex / Es = Lx / Ls
    Ex = Es * (Lx / Ls)

    只要知道标准电动势Es 和长度Lx，Ls就可以求出Ex，而避免了精确知道电位差计中电流的麻烦。

总结：

电位差计的实验原理就是利用“补偿法”， 通过调节已知的电势差来平衡待测的电势，在达到平衡（无电流通过待测电源）时，已知的电势差就等于待测的电动势。这样可以避免传统电压表测量时因取电流而造成的误差，实现高精度的测量。 同时可以通过标准电源对电位差计进行准确的校准

一、实验准备：

1.  检查仪器： 确认电位差计、标准电池、检流计、工作电源等仪器完好。 检查电位差计的接触是否良好，电池是否有电，导线是否连接正常。
2.  连接电路：按照实验原理图（类似于图6-2），将仪器连接成电路。 注意：
标准电池和待测电池的“+”极要接在同一个节点上 (电位计的A节点)。
双刀双掷开关 (K2) 暂时置于断开状态。
单刀开关 (K1, K3)：K1 暂时断开； K3 暂时闭合，确保检流计不被烧坏。
3.  电路检查：在连接电路后，再次核对电路连接是否正确，特别是电源的正负极性。

二、校准电位差计： (使用标准电池)

1.  接入标准电池：将双刀双掷开关 K2 接到标准电池 Es 一侧。
2.  闭合工作回路：闭合单刀开关 K1 ，给电位差计的工作电路通电。
3.  调节滑动变阻器 RW：调节滑动变阻器 RW，并寻找电位差计的平衡点LS，确保工作电流稳定，以便能够找到平衡点。
4.  寻找平衡点 Ls：移动电位差计的滑线触头，逐渐靠近可能的平衡位置。 刚开始可以断开 K3，即串联保护电阻 R，以保护检流计；当指针接近零点时，闭合 K3，断开保护电阻 R，提高灵敏度，精确寻找平衡点。
5.  确定 Ls：当检流计的指针指向零点时，记录此时电位差计上对应的长度 Ls。（多次测量取平均值，减小误差）
6.  检查调节效果：改变滑动变阻器 RW的位置，重复步骤4，直到可以调节出合理的LS长度。

三、测量待测电源的电动势：

1.  接入待测电池：将双刀双掷开关 K2 接到待测电池 Ex 一侧。
2.  寻找平衡点 Lx： 移动电位差计的滑线触头，寻找新的平衡点。 同样，先断开 K3，待接近平衡点时再闭合 K3，精确寻找平衡点。
3.  确定 Lx： 当检流计指针指向零时，记录此时电位差计上对应的长度 Lx。（多次测量取平均值）

四、数据处理：

1.  计算电动势： 利用公式 Ex = Es * (Lx / Ls)，计算待测电源的电动势 Ex。
2.  不确定度评估： 考虑 Ls 和 Lx 的测量误差，评估 Ex 的不确定度。

1.  极性反接：标准电池、待测电池或工作电源极性接反是常见原因。
2.  电路问题： 断路、接触不良或短路，导致工作电流不畅。
3.  电源/仪器：工作电源电压不足/不稳定；标准电池、待测电池失效；检流计/电位差计故障。
4. 滑动变阻器调节范围不足。

滑线变阻器RW的数值应当一样，因为要保证两次测量时电路中的工作电流I相同。 公式Ex = Es * (Lx / Ls)成立的前提是两次测量时I是相同的。 RW的主要作用是调节电路中的工作电流I，因此在两种情况下都应保持数值一样，才能保证I的稳定，从而保证测量结果的准确性。