电源特性研究

摘要：随着电子设备的普及，干电池已成为一种人人都必须面对的可移动能源。电动势和内阻时期两个最基本的参数，对起进行xx测量有这实际的意义。而电位差计正是一种精密电位差的仪器。本实验采用电位差计来对其进行测量和研究。

一、实验目的：

1、熟练电路的连接

2、掌握用电位差计测量电动势（电压）的原理

3、了解测量干电池的电动势与内阻的方法

二、实验仪器：

UJ33b型直流电位差计、干电池、导线、电阻、开关

三、实验原理：

  1、如图采用补偿法原理，使被测电动势与

标准电动势相比较，从而获得测量结果，即

当IG=0时，EX=EN。

（指出：原则上这种方法可以测出未知电动

势E ，但使用可调电源是不切实际的，因此，

电位差计是利用分压的方法，使电动势E 和一个大小可变的、且能准确知道的电位差来达到补偿。）

一、电动势测量

1．校准

电位差计的测量原理如图2所示，可以看作是由三个回路组成， 它们是：由E-Rn-AB构成的工作回路，由EN-G-CD构成的定标（或校正）回路，以及由EX-G-CD构成的测量回路。当开关Ｋ2打到En时，将标准电池EN 与ＵCD进行比较，达到平衡（Ｇ中无电流通过）时，则ＵCD=EN,此时电阻丝单位长度上的电压降

            (1)

图2电位差计原理                     其中， 为此时CD的长度。

通过保证工作电压不变。调节CD长度，使检流计中无电流通过，即校正完毕。

２．测量：在保证工作电压（或工作电流）不变的条件下，将Ｋ₂拨向E_x时，调节C和D的位置使检流计中电流为零，比较未知电动势E_x与Ｕ_CD，此时有E_x＝Ｕ_CD ，测出此时CD的长度并记为  ，则可计算出未知电动势为

            （2）

二、内阻测量

根据全电路欧姆定律 可知，为了测定电池内阻 ，必须要电池放出一定的电流  ，通常情况下 为常数，为了控制回路中 的大小，要设置限流器 ，电流的测量采用电流－电压变换法，即测量阻值足够准确的电阻器两端电压，根据电压除以电阻算出电流值，测量 电池内阻实验线路如图3所示。

,因此 化简成     ， 变换上式可得 ，显然 成线性关系，其中斜率 ，则 ，而截距为 ，则

四、实验内容

１．按图2连接好电路。工作电源Ｅ用直流稳压电源，Ｒ为电阻箱，Ｒn为滑线变阻器，ＥN为标准电池，Ｅx为甲电池，Ｇ为检流计。先连接辅助回路，后接补偿回路。本实验所用的电源是稳压电源(调至2.5～6 V)，根据A，B两端接入电源的正负极性认清电流在AB电阻丝上的走向，确定电势高低的趋向。注意电池正负极性的连接。

２．读出标准电池的温度，算出该温度下标准电池的电动势。

3．取Ｅ为5~10Ｖ，将Ｒ、Ｒn调至{zd0}，将开关K2拨向定标回路，接通标准电池EN，调节C、D的位置使检流计指针无偏转；再适当减小Rn，尽量将R减小到0，同时微调活动触头Ｄ以保证回路中无电流，记下此时C、D间电阻丝的长度 。

4．在不改变工作回路的情况下，将Ｋ₂ 拨向Ｅ_x，先将Ｒ调至{zd0}，调节C、D的位置，使检流计中无电流通过；再将Ｒ逐渐调至零，同时细调Ｄ的位置，保持检流计中无电流通过；读出此时电阻丝的长度L_x，利用（2）式求出未知电动势Ｅ_x。

5．重复以上步骤3和4，再测量三次，算出Ｅ_x的平均值。

6．测量 值，取  ，使 从0到5 变化，测量 值。

7．取 为横坐标， 为纵坐标，将上述测到的数据作 图，根据图像求得截距和斜率的值，再算出待测电池的电动势和内阻。

五、数据与结果

数据记录：

根据伏安特性曲线可得： E=1.4098 Ｖ    r=0.8

六、注意事项：

    １．接线时，所有电池的正、负极不能接错，否则补偿回路不可能调到补偿状态。

２．标准电池应防止震动、倾斜等，通过的电流不允许大于５ Ａ，严禁用电压表直接测量它的端电压，实验时接通时间不宜过长。

七、数据分析：

本次测量干电池较旧，所以电动势低于1.5V，内阻较大，属正常现象。测量时放电电流控制在50mA—200mA范围内，电动势和内阻波动较小，测量数据精度较高。

八、参考文献：

1、《新编大学物理实验》 赵丽华、倪涌舟等编著，浙江大学出版社，2007。

2、《普通物理实验》（二、电磁学部分）（第三版）  杨述武主编，高等教育出版社，1997。

3、《基础物理实验教程》  朱鹤年主编，高等教育出版社，2003。