补偿原理的研究

补偿原理的研究一、实验目的1、学习补偿原理的各种应用。2、学会灵活应用补偿法进行物理量的测量。二、实验仪器标准电池，甲电池，检流计，电压表，电流表，滑动变阻器，电阻箱，金属丝（固定在有米尺的胶板上），万用表，开关，导线等。三、实验要求1、用补偿法测定干电池的电压，用万用表测量其端电压，计算测量误差。2、用补偿法测定电阻值。四、实验原理（一）补偿原理的研究——测电池电动势1、直接用电压表测量电动势时，如下图(1)所示，得到的是电池两端的路端电压，由于电池有内阻，只要有电流通过，它就会有电压降，所以电压表的示值（端电压）总是小于电源电动势。IrExU（1）2、补偿法:要消除电池内阻产生的电压降，就必须使流过电池的电流为零，因此要测量未知电动势，原则上按图（2）所示电路进行，本实验就是利用补偿法测电池的电动势。两个电源E和Ex正极对正极、负极对负极，中间串联一个检流计G接成闭合回路。如果要测电源Ex的电动势，可通过调节电源E，使电路没有电流，表明Ex=E，这时电路处于补偿状态。若已知补偿状态下E0的大小，就可确定Ex.3、实验原理设计实际使用中，精度高而连续可调的电动势是没有的。为了实现上述测量，通常采用补偿原理。本实验利用现有的实验条件构建如下的电路图进行测量，设计电路如图(3）所示。①接通K1后，有电流通过电阻丝AC。②标准化：把K2拨向标准电池EN，检流计G上有可能有电流流过，适当调整C、B两点位置，找到合适的C、B长度，使G的指针零偏转，即ENUCB，此时，电路处于平衡状态，电阻RCB上的电压降与标准电池的电动势互为补偿。如果单位长度电阻图（3）丝电阻为R0，CB长度为Ls，则有CB端的电势差：S0NLIRE③保持电阻R不变，即工作电流I保持不变，把K2合向待测电池EX，重新找C、B位置，使检流计G再次指零，达到补偿状态。BC长度为LX，则xLIR0xE则有：NsxELLxE当EN、LS、LX都已知时，电源电动势Ex可求出。4、待测电池的端电压可以直接用万用表读出。（二）运用补偿原理测量电阻值1、伏安法测电阻：在一定温度下，直流电流通过待测电阻R时，用电压表测出R两端电压U，用电流表测出通过R的电流I，则阻值可表示为IUR。①电流表内接，如图下图甲所示。由于电流表的分压作用，测得的电阻值为：IUURAR比实际值偏大。图（4）②电流表外接，如图上图乙所示。由于电压表的分流作用，测得的电阻值为：VRIIUR，比实际值偏小。2、补偿法测电阻：连接如下电路图，调节3R使检流计G无电流通过（指针指零），这时电压表指示的电压值bdU等于xR两端的电压acU，即b,d之间的电压补偿了xR两端的电压。清除了电压表内阻对电路的影响。则由电压表示数U和电流表示数I可得到IURX。图（5）五、实验步骤（一）补偿原理的研究——测电池电动势1、按(3)所示的电路图连接电路。2、按补偿法的实验原理的进行实验，测量并记录Ls，LX的长度，相同的条件下进行3次测量，计算得到Ex。3、用万用表直接读出待测电池的路端电压E。4、计算测量误差。（二）运用补偿原理测量电阻值1、按上述图（5）连接电路；2、用电阻箱充当待测电阻，调节电阻箱到一定的电阻值，按以下步骤选取电表量程：①将稳压电源的输出电压调到3V②移动滑线变阻器0R的滑动端，使1R大于0R/3③由大到小试探着先取电流表量程，直到电流示值大于量程的1/3；3、调节3R，使bdU达到补偿状态①粗调：确认2K断开，断续接通检流计的“电计”（若指针超出量程就立即松开），并试探着调节3R，使检流计指针偏转逐渐减小，直至接近零②细调：合上2K，以提高检测灵敏度；仔细调节3R，使检流计指针指零4、记录下此时电压表的示值U，电流表的示值I，计算得到待测电阻阻值。5、重复测量：断开电计2K。移动滑线变阻器0R的滑动端，依次增加xR中的电流I，重复步骤3~4，再测量4组U，I的对应值，并计算相应的电阻值。6、求出五次计算得到的阻值的平均值RX。把RX与电阻箱上的示数做比较，计算测量误差。7、拆除电路，将实验仪器整理放回。六、实验数据的记录及处理（一）补偿原理的研究——测电池电动势标准电池电动势：EN=1.0860测量次数123平均数SL（cm）114.90109.55112.02—XL(cm)171.00168.45163.20—NsxELLxE1.61621.66991.58221.62277用万用表测得两端电压为：1.593V误差为：%87.15930.15930.1-62277.1EE-EX（二）运用补偿原理测量电阻值次数项目12345平均U(V)1.7361.9962.2342.4752.754—I(mA)3.5004.0054.4654.9605.495—RX(Ω)496.00498.337500.334498.992501.183498.969电阻箱实际示数为：0.500RX。误差为：%2062.0500969.498-0.500RR-RXXX七、注意事项1．线路接好后，要仔细检查，确认无误方可接通电源，特别要注意正负极的连接，断开电源时，应先断开校准回路。2．实验过程中强调保护标准电池和检流计不受损害，标准电池的通电时间不宜过长，通过标准电池和检流计电流都不宜过大。因此为避免出现过大电流，调试时应掌握先粗后细的原则，先粗测再细测。3.学会估计及趋势把握，节省时间，不要盲目寻找。4.调节电势差计D端时，D端与电阻丝只作点接触，严禁将D端按下后左右移动，避免刮伤电阻丝。5.实验室的电流表与电压表在使用时应放倒平放，以降低重力对指针位置的影响。