「電池的電動勢和內(nèi)阻的的測量」.doc

電池的電動勢和內(nèi)阻的的測量武乾遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院冶金2013-4班摘要 電動勢和內(nèi)阻是干電池的兩個基本參數(shù)，對其進(jìn)行精確測量有實際意義，就箱式電位差計測量干電池電動勢和內(nèi)阻的實驗設(shè)計及精確測量給出了一個解決方案.在用電位差計測干電池的內(nèi)阻時,關(guān)鍵在于變換電阻的取值,其取值與電流的標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)。關(guān)鍵詞 箱式電位差計；干電池；電動勢 內(nèi)阻 普通測量電動勢的方法有伏安法、伏阻法、安阻法、等效法等多種方法，伏安法是用電壓表直接接至干電池兩端時，由于電池的內(nèi)阻不為零，流經(jīng)電壓表的電流在電池內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)壓降，電壓表測得不是電池的電動式。只有當(dāng)電池的內(nèi)部沒有電流時，電池兩端的電壓才等于電動式。無電流通過電池時，電壓表示值為零。因為從原理上不可能用電壓表測量干電池的電動式。所以為了更準(zhǔn)確的測量干電池的電動勢用電位差計補(bǔ)償法。本次試驗就采用更為精確的實驗方案：箱式電位差計測量干電池的電動式和內(nèi)阻。電勢差計是一種電勢差測量儀器它的工作原理直觀性較強(qiáng)，有一定的測量精度，便于學(xué)習(xí)和掌握，而且箱式電勢差計是測量電勢差的專用儀器，使用方便，測量精確度高，穩(wěn)定性好本實驗討論箱式電勢差計測量電池的電動勢和內(nèi)阻的原理和方法。一、實驗?zāi)康?1學(xué)會電池電動勢和內(nèi)阻的測量。2更近一步掌握電位差計的使用。 3. 提高自身處理數(shù)據(jù)的能力。二、實驗原理 在圖1的電路中，設(shè)E0是電動勢可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電源，Ex是待測電池的電動勢（或待測電壓Ux），它們的正負(fù)極相對并接，在回路串聯(lián)上一只檢流計G，用來檢測回路中有無電流通過。設(shè)E0的內(nèi)阻為r0；Ex的內(nèi)阻為rx。根據(jù)歐姆定律，回路的總電流為： 如果我們調(diào)節(jié)E0使E0和Ex相等，由(1)式可知，此時I=0，回路無電流通過，即檢流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此時稱電路的電位達(dá)到補(bǔ)償。在電位補(bǔ)償?shù)那闆r下，若已知E0的大小，就可確定Ex的大小。這種測定電動勢或電壓的方法就叫做補(bǔ)償法。顯然，用補(bǔ)償法測定Ex，必須要求E0可調(diào)，而且E0的最大值E0maxEx，此外E0還要在整個測量過程中保持穩(wěn)定，又能準(zhǔn)確讀數(shù)。在電位差計中，E0是用一個穩(wěn)定性好的電池（E）加上精密電阻接成的分壓器來代替的，如圖2所示。圖2中，由電源E、限流電阻R1以及均勻電阻絲RAD構(gòu)成的回路叫做工作回路。由它提供穩(wěn)定的工作電流I0，并在電阻RAD上產(chǎn)生均勻的電壓降。改變B、C之間的距離，可以從中引出大小連續(xù)變化的電壓來，起到了與E0相似的作用。為了能夠準(zhǔn)確讀出該電壓的讀數(shù)，使用一個標(biāo)準(zhǔn)電池進(jìn)行校準(zhǔn)。換接開關(guān)K倒向“1”端，接入標(biāo)準(zhǔn)電池ES，由ES、限流電阻R2、檢流計G和RBC構(gòu)成的回路稱為校準(zhǔn)回路。把B、C固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄈ鐖D中的位置），設(shè)RBC=RS，調(diào)節(jié)R1（即調(diào)節(jié)I0），總可以使校準(zhǔn)回路的電流為零，即RS上的電壓降與ES之間的電位差為零，達(dá)到補(bǔ)償。 由歐姆定律可知：即這一過程叫做電位差計的校準(zhǔn)，又稱“工作電流的標(biāo)準(zhǔn)化”。測量Ex時，把換接開關(guān)投向“2”端，接入待測電池Ex。接入待測電池Ex，由Ex、限流電阻R2、檢流計G和RBC構(gòu)成了測量回路。調(diào)節(jié)BC之間的距離，總可以找到另一位置BC，使測量回路的電流為零，即RBC上的電壓降和Ex之間的電位差為零，測量回路達(dá)到補(bǔ)償。設(shè)此時RBC=Rx，于是有 當(dāng)把開關(guān) K 擲向 aa 端時，標(biāo)準(zhǔn)電池 ES 所在回路接通，調(diào)節(jié)工作回路中的電阻 Rp，即改變通過標(biāo)準(zhǔn)電阻RS及RAB的電流，直至檢流計G的指針指零，此時把開關(guān) K 擲向bb端，待測電動勢Ex所在回路接通，調(diào)節(jié)電阻RAB上的活動觸頭c、d，直至檢流計G的指針指零，則檢流計G只作指零儀器，消除了利用偏轉(zhuǎn)指示所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。 用伏特計測量電池電動勢時，必定有電流流過伏特計，因此伏特計測得的是電源的端電壓，而不是電源的電動勢。用電位差計測量時，電位補(bǔ)償原理決定了測量回路中無電流流過，故測量結(jié)果就是電源的電動勢。電位差計在測量時，工作電流I0一經(jīng)調(diào)定就不能再動，因此I0保持為一常數(shù)。由（3）式可知電動勢的測量誤差僅取決于電阻絲和標(biāo)準(zhǔn)電池的誤差。只要電阻絲的電阻和標(biāo)準(zhǔn)電池能保證高度準(zhǔn)確（實際上這兩者都非常容易作到0.05的準(zhǔn)確度或更高），電位差計的測量準(zhǔn)確度就可以很高，一般不難達(dá)到0.05的準(zhǔn)確度。伏特計由于受到制造工藝上的限制，準(zhǔn)確度達(dá)到0.5就不容易了，再提高準(zhǔn)確度則更困難。1. 測量干電池的電動勢。(1) 把電位差計的“倍率開關(guān)”旋向1檔，此時電位差計的工作回路接通，帶電流放大器的檢流計的電源也接通。調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕可調(diào)整電流放大器的工作點，使檢流計指零。 (2) 把電位差計的“校準(zhǔn)、測量開關(guān)”扳向“標(biāo)準(zhǔn)”端，調(diào)節(jié)“RP”旋鈕，使檢流計指零，完成電位差計的“工作電流標(biāo)準(zhǔn)化”。(3) 將電位差計的“校準(zhǔn)、測量開關(guān)” 扳向“未知”端，調(diào)節(jié)步進(jìn)旋鈕和滑線讀數(shù)盤，使檢流計指零。則 未知電動勢Ex=（步進(jìn)旋鈕讀數(shù)+滑線盤讀數(shù)）倍率干電池電動勢E=Ex分壓箱衰減電壓的倍數(shù)2.測量干電池的內(nèi)阻。如圖（4）所示，開關(guān)K合上。設(shè)電源內(nèi)阻為r，電流為I，干電池的端電壓為U，則3、 實驗儀器實驗儀器的名稱儀器的量程儀器的精度其它參數(shù)箱式電位差計0.01儀 =1電阻箱0.1-999990.1滑動變阻器0-1000.1待測干電池1.5V檢流計0.0001四、實驗數(shù)據(jù)n12345678910R/22000223002280023200236002400024500250002550026000U。/mV7.01156.91966.76676.65126.53816.42936.30146.17446.05395.93821/U。/mV0.14260.14450.14780.15030.15290.15550.15870.16200.16520.1684五、實驗數(shù)據(jù)處理其中k=6.5*10(-6),b=0.0005,R=100E=1/（k*R）=1/(6.5*10(-6)*100)=1.5384Vr=(E/U-1)*R=2.56六、結(jié)論1.R與1/U成線性關(guān)系。2.設(shè)計性實驗對于從以驗證性實驗為主的課程學(xué)習(xí)到完成設(shè)計性實驗的我們來說有個適應(yīng)過程，但是本次充分調(diào)動了我們習(xí)的積極性，真正的自主學(xué)習(xí)，搜集資料、整理文檔 與同學(xué)交流討論 ，對數(shù)據(jù)的分析與討論等，獨(dú)立完成實驗，分析問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，鍛煉自己的自學(xué)能力與獨(dú)立思考解決能力。有助于我們的素質(zhì)與創(chuàng)新培養(yǎng)，需要我們有一定的理論知識和操作技能為基礎(chǔ)和相對較強(qiáng)的自學(xué)與歸納總結(jié)等能力，還要保證不影響正常課程的學(xué)習(xí)。總之，開展設(shè)計性實驗可以調(diào)動我們學(xué)習(xí)的主動性、靈活性和創(chuàng)造性，有助于培養(yǎng)我們大學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合能力參考文獻(xiàn) 1李學(xué)慧.大學(xué)物理實驗M 高等教育出版社;2005.6 336-341 2胡