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UJ25型直流电位差计操作说明
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增值电信业务经营许可证B2-《物理研究性实验报告_自组电位差计及其应用》
物理研究性实验报告_自组电位差计及其应用
北航物理研究性实验报告
——自组电位差计及其应用班级： 第一作者： 学号： 第二作者： 学号：目录摘要....................................错误！未定义书签。 一：实验目的...........................错误！未定义书签。 二：实验原理...........................错误！未定义书签。
补偿原理..........................错误！未定义书签。
零示法............................ 3
测量原理..........................错误！未定义书签。UJ-25型电位差计................错误！未定义书签。 三：实验仪器...........................错误！未定义书签。 四：实验步骤...........................错误！未定义书签。五：数据记录与整理...................错误！未定义书签。数据记录..........................错误！未定义书签。
数据处理..........................错误！未定义书签。
对比对象..........................7 六：讨论............................... 9
参考文献..............................10 摘要：在本实验中，书本上列举了一个自组电位差计的实验电路，由此，我们思考能否对已知电路进行一些改动并用此电路进行测量。我们参考了UJ-25型电位差计的电路，设计了新的实验电路，并在实验中应用此电路对未知电动势进行了测量，与书本上的进行对比。一：实验目的1 学习补偿原理和比较测量法。2 牢固掌握基本电学仪器的使用方法，进一步规范实
验操作3 培养电学实验的初步设计能力。
4 学习仪器误差限和不确定度的估算。二：实验原理补偿原理为了避免接入误差，可以采用如图所示的补偿电路。如果cd可调，E>EX，则总可以找到一个cd位置，使EX所在回路中无电流通过，这是Vcd=EX。上述原理称为补偿原理。零示法回路EX→G→d→c→EX称为补偿回路；E→S→A→B→E构成的回路成为辅助回路。为了确认补偿回路中没有电流通过（完全补偿），应当在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度的检流计G，这种检流计来判断电流是否为零的方法，称为零示法。测量原理由补偿原理可知，可以通过测定Vcd来确定Ex，接下来的问题便是如何精确测定Vcd，再次采用比较测量法。如上图所示，把EX接入RAB的抽头，当抽头滑至位置cd时，G中无电流通过，则Ex=IRcd，其中I是通过Rab的电流；再把一电动势已知的标准电池EN接入RAB的抽头，当抽头滑至位置ab时，G再次为0，则EN=IRab，于是这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关系的。由于RAB是精密电阻，Rcd/Rab可以精确度出，EN是标准电池，其电动势也有很高的精确度，因此只要在测量过程中保持辅助电源E的稳定并且检流计G有足够的灵敏度，EX就可以有很高的测量准确度。按照上述原理制成的电压测量仪器叫做电位差计。应该指出，上式成立的条件是辅助回路在两次补偿中的工作电流I必须相等。事实上，为了便于读数，I=EN/Rab应当标准化（例如取I=I0≡1mA），这样就可由相应的电阻值直接读出Vcd即EX=I0/Rcd。在UJ25中的做法是在辅助回路中串接一个可调电阻RP，按公式Rab=EN/I0预先设置好Rab，调节RP，但不改变Rab，直至Vab=EN，调节Rcd，并保持工作电流不变。UJ-25型电位差计UJ-25型电位差计是一种高电势电位差计，测量上限为1.1911110V，准确度为0.01级，工作电流I0=1mA，使用方法如下。A 调解工作电流：将功能转换开关置N、温度补偿电阻RAB旋至修正后的标准电池电动势“1.018伏”后两位，分别按下“粗”“细”按钮，调节RP至检流计指零。B 测量待测电压：功能转换开关置X1或X2，分别按“粗”“细”按钮，调节RCD至检流计指零，则RCD的显示值为待测电压。三：实验仪器ZX-21电阻箱（2个）、指针式检流计、标准电池、稳压电源、待测干电池、双刀双掷开关。四：实验步骤1 画出电路图，如图1，注意正确使用开关，安排好工作电流标准化以及EX测量的补偿回路。2 按设计要求（E≈3V，EX≈1.5~1.6V，I=I0≡1mA，EN按温度修正公式算出），设置各仪器或元件的初值或规定值。标准电池温度修正公式为：EN≈E20－3.99×T－0.94×0.000001×T2＋9×0.×T3
式中E20为20℃时的电动势，可取E20=1.01860V,T=t－20℃。 3 为保证测量的准确度，每次测量后应校验工作电流有无改变；4 在补偿调节中要采用跃接法。 5 测量自组电位差计的灵敏度图 1五：数据记录与整理数据记录
T数据处理1 计算标准电池温度修正值EN≈E20-3.99×10(t-20)-0.94×10(t-20)+9×10(t-20)?5?62?93E20为20℃下标准电动势的值 在本实验中 E20=1.01861V
2 灵敏度测量
S=14div(1.9)V?933div/v灵敏度误差（对Ex位置进行）
△EX=0.2?2.14*10S?4VU(灵)= △EX/3=0.000124V3 待测电压计算EX=1mA×.4979V
4 不确定度的计算△RAB =(+10×2×10-3+8×5×10-3+0.5×5×10-2+0.0020)Ω
同理可求出△RCD=2.100Ω , △RA`B`=1.625Ω , △RC`D`=1.680Ω 由U(R)=△R/3可求出U(RAB)=0.638Ω , U(RCD)=1.212Ω
U(RA`B`)=0.938Ω ,U(RC`D`)=0.970ΩUExEx??1?2?U(RAB)1??U(R)?CD???R?RRR?RABCD?CD?CD?AB2222??1?2?U(RA`B`)?1??????U(R)?C`D`???R?RR?R?RC`D`A`B`?C`D`???C`D`?A`B`?4将所得数据代入上式所得结果为5.35?10 U(EX)=1.×10=0.0008V?4故 EX=(1.8)V5 相对误差（用UJ25型电位差计测出电动势为1.49768V）
相对误差t=N?AA?10000?0.0147对比对象电路图1 数据记录1)灵敏度测量 S=14div(8.4)V?div灵敏度误差（对EX位置进行）
△EX=0.2S?3.07?10?4VVU(灵)= △Ex/3=0.0001772)不确定度的计算U(R1)=?RU(R2`)=U(EX)EX?[1R113?0.641?,U(R2)=?R23?1.236?,U(R1`)=?R1'3?0.918?.?R2'3??0.935?122R1?R2X]U(R1)?[U(R2)R1?R2]?[21R1'?1R1'?R2']U(R1')?[22U(R2')R1'?R2']?7.38?102?4U(EX) =EU总(EX)?U(EX)EX2?0.00107V(EX)?U2灵(EX)?0.00108VEX= (1.450+0.001) V3)相对误差（用UJ25型电位差计测出电动势为1.499739V）
相对误差t=N?AA?10000?3.300六：讨论关于本设计实验电路优缺点的分析:在应用此电路图设计自组电位差计的优点是便于理解，因为与UJ-25型电位差计的电路相似，不必在对电路进行分析理解，相应的，原理也很简单。但同时，该电路也有不足。在调整两个变阻箱的阻值使检流计指针不偏转的过程中，由于同时还要保证两个电阻之和不发生改变，这就为调节工作增加了一定难度。
此外，在通过Ａ，Ｂ两组实验数据处理的结果对比可以看出，按仿U-J25型电位差计的电路图所测出的结果不论是灵敏度还是相对误差都相对而言比较小。这对实验无疑是有好处的。当然，限于条件，并没有多次反复实验，结果具有一定偶然性。对实验仪器的改进：a.两个电阻箱能够设计成一个带有步进功能的双重电阻箱，设定好电阻之和后，在调节一个电阻值时，另一个电阻的阻值将会同步变化，保持两个电阻的阻值之和不变，保证了干路电流不发生变化，这样实验的准确度和复杂度都会大大降低。
b.能否将实验仪器的外壳换成有机玻璃等透明材料，这样可以使同学更好地理解各个仪器的内部构造和工作原理，对实验能有更深刻的理解。或者可以在现场放置一台拆开的损坏的实验仪器，让同学能够在拆装中更好地了解仪器的工作原理，同时也提高了动手能力。关于该系列实验的经验教训a.在组装电路时，要按照电路图，从电路的一端出发，先连好干路，再分别逐次连接各支路、不能因为某条支路简单就主观认为可以同时连好。否则，很容易导致导线的连接错误，或使多组导线纠缠在一起，为下一步的电路查线增加了难度。
b.在使用检流计的过程中，用制动按钮使检流计快速止动，要选取其在大概的平衡位置附近，否则，在松开制动按钮后，因指针要偏向到当前的平衡位置，可能会使指针因摆动角度过大从而造成仪器损坏。c.在这个实验中，要注意不能在理论上主观认为实验电路的正确与否。比如在测电流表内阻的实验中，根据在预习中设计的电路连接了测量电路，但却没有能测出数据，因为对电流的理解不够深刻，所以设计的电路图有致命的错误，平衡时是没有电流的。这个问题提醒我们在设计实验电路时，要与实际联系，不能凭借主观臆断。感想物理实验将我从泛泛而谈的理论中提炼出来，让我拥有更大的空间和自由度来验证书中学过的物理原理或者是将所学的知识付诸于实践。并且在实验中也逐渐培养了严谨的实验态度。对每一个实验步骤，对每一个实验数据，都不掉以轻心。同时，在实验过程中，戒骄戒躁，要有耐心。在课后的数据处理环节，要准确理解不确定度中每一项的来源，分清A类和B类分量；在计算过程中适当多保留数据,,,,林林总总，需要注意的细节问题确实不少。总而言之，物理实验给我很大的好处，让我受益一生。 参考文献[1][2] 李朝荣，徐平，唐芳，王慕冰.基础物理实验（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，2010.[3] 邱关源，罗先觉.电路（第5版）.西安：高等教育出版社，2006.1112本文由()首发，转载请保留网址和出处！
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