十一线电位差计实验改进——测多种规格电源的电动势和内阻

潘梅梅，陈雄，宋晓晨，张小丽

（安康学院 电子与信息工程系，陕西 安康 725000）

十一线电位差计实验改进
——测多种规格电源的电动势和内阻

潘梅梅，陈雄，宋晓晨，张小丽*

（安康学院 电子与信息工程系，陕西 安康 725000）

通过改变原有实验电路的部分结构，仍利用补偿法原理，就可以用十一线电位差计测量不论高于或低于工作电源电动势的多种规格电源的电动势和内阻，使该实验《直流电位差计的原理及应用》的可测量范围更加广泛。

十一线电位差计；多种规格电源；电动势；内阻；补偿法

1 引言

十一线电位差计是利用补偿法原理测量电动势和内阻的实验装置，它具有结构简单、直观、便于分析和讨论等特点，而且测量结果也比较准确[1-2]。《直流电位差计的原理及应用》给出了十一线电位差计测电源电动势及内阻的实验方法（图1）。

图1 原实验电路图

一些学者对其实验原理及测量方法进行探究，发现其给出的原实验方法不能测量较大电源的电动势和内阻[3-5]，原因分析如下：

图1中，E为可调工作电源（0～6V连续可调），EN=1.0186V，为标准电源，Ex为待测电源，R为变阻器或电阻箱（实验室选用ZX21电阻箱），K1、K2、K3为开关。设A为标准电源EN校准后的单位长度电阻丝上的电压降，有

此时，工作电源的电压为：E=A·LAB，且E＞Ex。

上式中，LCD为DH325新型十一线电位差计CD之间电阻丝的长度，LAB为DH325新型十一线电位差计AB之间电阻丝的长度。

当电压降A给定时，若待测电池的电动势Ex＞工作电源电压E，则原实验方法无法测量（比如，电压降为0.1V/m，测1.5V左右的干电池，则需要15m左右的电阻丝，而十一线电位差计电阻丝总长只有11米）。该问题原有的解决办法为：增大电压降A和工作电源电压E，但A和E增大到一定值便不能增加，因为工作电源调节范围是有限的。E的最大值为6V，也就说明A的最大值在6V/11m=0.55V/m左右，若有更大的待测电动势（如超过6V），则无论怎么调节也无法测量。

本研究对原实验方案进行改进，设计出新的改进实验方案（见下页图2），可以测量任意大小电源的电动势和内阻。

图2 改进实验电路图

2 实验原理

本文对原有十一线电位差计实验电路作了改进，如图2所示，改变了待测电源Ex相连的回路，在这个回路中用了两个电阻箱R1和R2，R1和R2的精度要求不高，只需取整数值即可，故采用了实验室的ZX21电阻箱。在该电路中仍使用补偿法原理。

在Ex、R1和R2组成的回路中，调节变阻箱R1和R2，利用欧姆定律可知R2分得的电压为：

其中，r为电池内阻，R1、R2为电阻箱电阻，Ex为待测电动势，为R2两端的电压。根据选定的电压降A，用万用表粗调工作电源E=A·11（V）。K2闭合、将K2拨向EN处，用LCD、EN和检流计组成的校准回路微调工作电源电动势E进行校准，使LCD=1.0186/A（m）时，检流计指针指零。用万用表粗略测量待测电源电压Ex的大小，保持上述工作电源电压E不变，也就是电压降A不变，K2拨向Ex处，并闭合K3，根据Ex和E的大小，选择R1和R2合适的阻值，使

3 数据处理

为了验证改进实验电路的正确性，首先测量了小于电源电动势的待测电源电动势和电阻，并将测量结果与原有电路实验结果进行了比较，结果见表1；其次，对部分大于电源电动势的待测电源也进行了测量。通过验证发现，改进实验方法可以测量数据范围更广的待测电源的电动势和内阻。

表1 原实验方法与改进实验方法对比结果

对于原实验方法（如图1所示），有Ex=ALx，其中，Lx为K3断开时所测得的电阻丝长度，L'x为K3闭合时所测得的电阻丝长度。在电压降A不同的情况下测量出相应电阻丝的长度Lx和L'x，通过公式即可计算出电动势Ex和内阻r，如表1所示。

对于改进后的实验方法（如图2所示），在电压降A不同的情况下，给出R1和R2的比值关系，测量出LCD的长度，联立式（2）和式（4）就可计算出电动势Ex和内阻r，结果见表1。

由表1可以看出，改进实验方法和原实验方法所得结果基本一致，且改进方法可以测量大于工作电源电压的待测电源的电动势。

由十一线电位差计原理可知，对于电路图1，当待测电动势大于电源电动势时，此方法失效，无法测量。利用电路图2，则可测出不同电压降时同一电源的电动势和内阻，如表2所示。

表2 大于电源电动势的待测电动势测量结果

此实验中，可调节电源电动势最大值为6V，由表2可以看出，改进实验方法可以测量大于电源电动势的待测电源的电动势和内阻。

4 结语

综上所述，通过对《直流电位差计的原理及应用》给出的十一线电位差计测电源电动势及内阻的原实验方法进行分析与探究，发现其存在的问题，经探讨提出新实验方法，弥补了原实验方法的不足，新实验方法更具普遍性。另外，在实验过程中还应注意不要让检流计工作时间过久，避免发生零点漂移现象（输入电压为零，输出电压不为零且缓慢变化的现象）。

[1]张兆奎.大学物理实验[M].上海：华东理工大学出版社，1990：125-126.

[2]刘少山.设计性大学物理实验指导书[M].南京：南京理工大学出版社，1998：24-25.

[3]杨德甫.11线电位差计测电动势实验的改进[J].物理通报，2001（9）：30.

[4]巩晓阳，魏荣慧，张振，等.电位差计的改进与拓展应用[J].实验科学与技术，2012，10（2）：13-14.

[5]张俊玲.十一线电位差计测电动势实验的改进[J].物理通报，2000（2）：35-36.

【责任编校 李林霞】

Improvement of 11-Cord Potential Difference Meter Experiment——MeasuringPowerSupplieswithDifferentStandard

PANMeimei，CHENXiong，SONG Xiaochen，ZHANG Xiaoli
（School ofElectronics&InformationEngineering，AnKangUniversity，Ankang725000，Shaanxi，China）

By changing part of the original circuit structure and using compensation Method，we can use 11-cord potential difference meter tomeasureelectromotanceandresistancefor power supplies withdifferent standard，regardless of higher or lower than theworking powersupply.Itmadethemeasurementrangeof‘theprincipleandapplicationofDC potential differencemeter’moreextensive.

11-cord potential difference meter；power supplies with different standard；electromotance；resistance；compensation method

TM938.49

A

1674-0092（2016）06-0111-02

10.16858/j.issn.1674-0092.2016.06.025

2016-03-31

陕西省大学生创新创业计划项目（2015sxjy003）；安康学院高层次人才科研启动项目（2015AYQDZR 01）

潘梅梅，女，陕西咸阳人，安康学院电子与信息工程学院本科生，主要从事电磁应用研究。

*通讯作者：张小丽，女，河南长葛人，安康学院电子与信息工程学院讲师，博士，主要从事功率超声、换能器和磁电材料研究。Email：zxlxlzhang@163.com