电位差计的原理及应用
学生式电位差计是按串联代换式电位差计的电路设计的。
其特点是线路简明、原理清楚，非常适合大学、中专、中学的学生实验。
用它不仅可以直接测量电源电动势、温差电动势，而且配用标准电阻箱后还可以用来测量直流电流和电阻等。
【实验目的】
1. 了解电位差计的工作原理、结构、特点和操作方法，加深对补偿法测量原理的理解和运用.
2. 掌握用电位差计测量电池电动势.
3. 掌握用电位差计测定电阻的方法，会设计简单的测量电路.
【实验仪器】
稳压电源、87-1型学生型电位差计、标准电池、待测干电池、开关、导线
【实验原理】
图1是将被测电动势的电源Ex与一已知电动势的电源E O“+”端对“+”端，“-”端对“-”端地联成一回路，在电路中串联检流计“G”，若两电源电动势不相等，即Ex≠E0，
可调并已知，
回路中必有电流，检流计指针偏转；如果电动势E
那么改变E O的大小，使电路满足E X=E0，则回路中没有电流，检
流计指示为零，这时待测电动势E X得到己知电动势E O的完全补
偿。
可以根据已知电动势值E O定出E X，这种方法叫补偿法。
如
果要测任一电路中两点之间的电压，只需将待测电压两端点接入
上述补偿回路代替Ex，根据补偿原理就可以测出它的大小。
我们
知道，用电压表测量电压时，总要从被测电路上分出一部分电流，图1补偿电路
从而改变了被测电路的状态，用补偿法测电压时，补偿电路中没有电流，所以不影响被测电路的状态。
这是补偿测量法最大的优点和特点。
按电压补偿原理构成的测量电动势的仪器称为电位差计。
由上述补偿原理可知，采用补偿法测量电动势对E O应有两点要求：（1）可调。
能使E O和E X补偿。
（2）精确。
能方便而准确地读出补偿电压E O大小，数值要稳定。
图2是实现补偿法测电动势的原理线路，即电位差计的
原理图。
采用精密电阻R ab组成分压器，再用电压稳定的电
源E和限流电阻R串联后向它供电。
只要R cd和I O数值精
确，则图中虚线内cd之间的电压即为精确的可调补偿电压
E O，E O和E X组成的回路cdGE X称为补偿回路。
87-1市电型学生式电位差计外接配套件为标准电池（按
极性接入“E S”接线柱），待测电势（电压）接入“E X”接
线柱，R b已内接一保护电阻，不需另接电阻箱，其它均已安装图2电位差计原理图在密闭的机箱内，各部分之间连接导线也成套供应。
图3为87-1型学生式电位差计的面板布置图。
图387-1型学生式电位差计
【实验内容与步骤】
1、校准电位差计工作电流（称校准）
在仪器后部接入220V市电，闭合电源开关，再闭合检流计“电源”开关，调节“调零”旋钮使检流计指“0”，在R A、R B和R C三测量盘上打以等于标准电池电动势的相应示值，如已知标准电池的电动势为1.01860V，则在×0.1V盘打以“10”，×0.01V盘打以“1”，×0.001V盘打以“8.6”大格示值，用所附导线按图5进行连接（粗黑线代表连接导线），经反复检查无误后，将“K1”打至“开”位置，指示灯点亮，用其它导线接入标准电池E S和待测电动势E X，合上K3，将K2推向E S（间歇使用），并同时调节R，使检流计无偏转（指零），如此反复开、合K2，确认检流计中无电流流过时，则I O已达到规定值（5.5mA）。
校准工作电流I O后，不再对R进行调节。
2、测量1号干电池的电动势（称测量）
在R A、R B、R C三个测量盘上打上待测电动势的近似值，K2推向E X并同时调电位差计R A、R B、R C三个测量盘的示值，使检流计无偏转（在测E X的步骤中R不能变动）此时R A、R B和R C显示的读数值即为E X值，测盘结束应打开K1、K2、K3。
重复“校准”与“测量”两个步骤。
共对E X测量三次，取E X的平均值作为测量结果
3、测量电池的内阻
a、打开K2、K3，按图4所示线路连接电路，R’为电阻箱。
b、同上述测量步骤，合上K4测得R’两端电压E’。
由r r R E E Ir E E X X X ⋅+-
=-=,, 化简得 ,,1R E E r X ⎪⎭
⎫ ⎝⎛-= 式中： r —电池内阻，Ω； E X —电池电动势，V ；
E’— K 4合上时端电压，V ；
R’—与电池并联的电阻箱阻值，Ω。
R ’已知，只要分别测出当开关K 4打开和合上时ab 两
端的电压E X 和E ’,然后代入公式可求得电池内阻。
待测电池不能供给大电流，所以测其内阻时R ’值不能
太小。
应先定好R’=100Ω再接入路。
实验中只在测量E ’
时才合上开关K4，测量完毕立即断开，以免干电池放电过
多。
图4 电路连接图
【注意事项】
1、标准电池只能短时间通过1μA 左右的电流，否则将影响标准电池的精度直到造成永久性电动势衰落。
所以，使用K 2要短促，以保护标准电池，不能用伏特计测它的电动势。
2、因本仪器为市电型，所以仪器面板上的“E ”两接线柱不必接线。
【预习思考题】
1. 补偿法的原理是什么？采用补偿法测量应满足什么条件？
2. 电位差计由几个回路组成，它们各起什么作用？
【思考题】
1. 给你一个已知阻值的标准电阻，你能否用电位差计测量某一未知电阻？试画出电路图，并简述其原理.
2. 箱式电位差计校准工作电流时要注意哪些？
3. 若在校准工作电流的过程中，检流计指针总是偏向一边，试分析有哪些可能的原因？。