图1电位差计实物图
【实验原理】
电源的电动势在数值上等于电源内部没有净电流通过时两极件的电压。如果直接用电压表测量电源电动势，其实测量结果是端电压，不是电动势。因为将电压表并联到电源两端，就有电流 通过电源的内部。由于电源有内阻 ，在电源内部不可避免地存在电位降 ，因而电压表的指示值只是电源的端电压（ ）的大小，它小于电动势。显然，为了能够准确的测量电源的电动势，必须使通过电源的电流 为零。此时，电源的端电压 才等于其电动势 。怎样才能使电源内部没有电流通过而又能测定电源的电动势呢？
1. 补偿原理
如图2所示，把电动势分别为 、 和检流计G联成闭合回路。当 < 时，电流方向如图所示，检流计指针偏向一边。当 > 时，电流方向与图示方向相反，检流计指针偏向另一边。只有当 时，回路中才没有电流，此时i＝0，检流计指针不偏转，我们称这两个电动势处于补偿状态。反过来说，若i＝0，则 。
图2 补偿电路
2. 电位差计的工作原理
如图3所示，AB为一根粗细均匀的电阻丝，它与滑线变阻器 及工作电源E、电源开关 组成的回路称作工作回路，由它提供稳定的工作电流 ；由待测电源 、检流计G、电阻丝CD构成的回路 称为测量回路;由标准电源 、检流计G、电阻丝CD构成的回路 称为定标（或校准）回路。滑线变阻器 用来调节工作电流 的大小，电流 的变化可以改变电阻丝AB单位长度上电位差 的大小。C、D为AB上的两个活动接触点，可以在电阻丝上移动，以便从AB上取适当的电位差来与测量支路上的电位差（或电动势补偿）。
图3 电位差计原理图
当电键 接通， 既不 接通、又不与 接通时，流过AB的电流 和CD两端的电压分别为
（1）
（2）
式中r为电源E的内阻。当电键 倒向 1时，则AB两点间接有标准电源 和检流计G。若 > 时，标准电池充电，检流计的指针发生偏转；若 < 时，标准电池放电，检流计的指针反向偏转；若 ＝ 时，检流计的指针指零，标准电池无电流流过，则 就是标准电池的电动势，此时称电位差计达到了平衡。令C、D间长度为 ，因为电阻丝各处粗细均匀、电阻率都相等，则电阻丝单位长度上的电压降为 。
1) 电位差计的定标
我们把调整工作电流 使单位长度电阻丝上电位差为 的过程称为电位差计定标。为了能相当精确地测量出未知的电动势或电压，一般采用标准电池定标法。
图3中电键 倒向 1时接通 回路，称之为定标（或校准）回路。实验室常用的标准电池的电动势为 ＝1.0186V, 可先选定，例如，若选定每单位长度（ ）电阻丝上的电位差为 ，则应使C、D两点之间的电阻丝长度为
（3）
然后调节滑线变阻器 ，用以调整工作电流 ，使C、D上的电位差 和 相互补偿，使电位差计达到平衡。经过这样调节后，每单位长度电阻丝上的电位差就确定为0.2000V，即 ＝0.2000V。此时电位差计的定标工作就算完成。经过定标的电位差计可以用来测量不超过 的电动势（或电压）。
2）测量
在保证工作电流 不变的条件下，将 拨向2，则CD两点间的 换接了待测电源 ，由于一般情况下 ，因此检流计的指针将左偏或右偏，电位差计失去了平衡。此时如果合理移动C和D点的位置以改变 ，当 ＝ 时，电位差计又重新达到平衡，使检流计G的指针再次指零。令C、D两点之间的距离为 ，则待测电池的电动势为
（4）
而电位差计定标后每单位长度上电位差为 ＝ ，（ 可在实验前先选定），
则有
所以，调节电位差计平衡后，只要准确量取 值就很容易得到待测电源的电动势。这就是用补偿法测电源电动势的原理。
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