(黄春雄)用箱式电势计测量温差电动势
用箱式电势计测量温差电动势
热电偶的重要应用是测量温度。它是把非电学量（温度）转化成电学量（电动势）来测量的一个实际例子。热电偶在冶金、化工生产中用于高、低温的测量，在科学研究、自动控制过程中作为温度传感器，具有非常广泛的应用。
用热电偶测温具有许多优点，如测温范围宽、测量灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏等。此外由于热电偶的热容量小，受热点也可做得很小，因而对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。
一、教学目的
1.观察并了解温差电现象。
2.掌握电势差计的工作原理，学会运用箱式电势差计。
3.通过测量热电偶的温差电动势，作出热电偶的温差电动势与温度差之间的关系曲线，能够运用图解法求出热电偶温差系数并对热电偶进行定标。
二、教学要求
1、实验三小时完成。
2、了解箱式电势差计的结构、原理，学会使用箱式电势差计。
3、测量热电偶在不同温差下面的温差电动势。
4、作出热电偶的温差电动势与温度差之间的关系曲线计算出热电偶温差系数，并对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。
三、教学重点和难点：
1. 热电偶的定标
2. 箱式电势差计的使用
四、讲授内容（约20分钟）
1.温差电动势的产生原因及规律
两种不同金属（如铜和康铜）组成一个闭合回路，当两个接触点处于不同温度时,在汤姆孙效应和珀耳帖效应的共同作用下 ,接触点间将产生电动势，称为塞
贝克电动势，也称为温差电动势。这种由两种不同金属焊接并将接触点放在不同温度下的回路称为温差电偶。温差电偶的温差电动势大小由热端和冷端的温差决定，其极性热端为正极，冷端为负极，其关系为：
+-+-=20101)(21
)(t t t t E t βα＝
式中t E 为温差电动势，1t 为热端温度，0t 为冷端温度，α和β是由构成热电
偶的金属材料决定的常数。当冷热端温差不大时，α >> β，上式可简化为：
)(01t t E t -=α
故温差电动势t E 与冷热端温差01t t -成线性关系.
将热电偶，电势差计等其他相关仪器组合在一起便构成了热电偶温度计。当已知冷端温度，并测出其温差电动势后，便可求出热端温度：αt E t t +=01
2.UJ31型箱式电势差计的原理及使用
箱式电势差计与线式电势差计都是利用
补偿法原理，但箱式电势差计不仅测量方便
而且提高了测量精度，适用于科研和生产。
U J31型箱式电势差计属于“定流变阻式”电
势差计，其简化原理图如图。图中E 为工
作电源；R n 为工作回路的限流电阻；E s 为
标准电池；E x 为待测电动势；R s 称为工作电流调定电阻，提供一个标准电压与标准电池的电动势相互补偿，以确定工作电流；R x 称为测量电阻，提供一个标准电压与未知电动势相互补偿，从而测出待测电动势。其具体过程如下：
（1）电势差计的校准：取0I Es R s =，I 0表示额定工作电流。根据补偿原理，
当R s 上的实际电流为额定工作电流I 0时，R s 上的实际电压应与标准电池E s 相等，
导致流过检流计的电流为零。因此我们通过判断流过检流计的电流是否为零来判断限流电阻R n是否应该调动。
（2）温差电动势的测量：将待测电动势接到未知1或未知2，调节R x使检流计光斑对准零刻度线，流过检流计的电流为零。此时R x上的电压U x=R x×I0与待测电压E x相等，读出R x上的电压即可。
U J31型箱式电势差计是一种低电势，双量程的电势差计，当量程开关K0指向“×10”档时最大量程为171mv, 当量程开关指向“×1”档时最大量程为17.1mv。3、实验主要步骤
（1）检流计机械调零；（2）电势差计的标准化；（3）测试热电偶温差电动势。
4.数据记录及处理要求
（1）读数时先记热端温度T1，再记下温差电动势E T.
（2）Rx3读数同游标卡尺一样。
五、实验注意事项
1．所有的接线必须接好不能出现虚接，标准电池和电势差计的工作电源以及温差电动势的正负极不能接反。
2．量程开关K0在“×1”“×10”两档中间有一空白档，此时电势差计处于断开状态。
3．箱式电势差计必须先粗校（测），再细校（测），保护检流计。
4．电势差计的工作电源电动势必须在要求范围内，如果电压表指示不准可将限流电阻Rn调到中值后调节电压使光斑出现在零刻度线附近。
5．电势差计校准好之后，限流电阻Rn不可再调动。
6．Rx3在100到0之间有一小段没有刻度，当游标的零刻度对准此段时，电势差计断开检流计指零，但并不表示电势差计达到补偿状态，这时不能读取结果。7．读数时先记热端温度T1，再记下Rx1、Rx2、Rx3示值之和即为热电偶在该瞬时温差下的温差电动势E T.
8．每测一组数据后，都应再次校准电势差计，实验时应注意提醒和检查。
9．实验完成后，应检查学生数据的正确性，仪器是否完好，仪器是否整理好归位，桌面是否收拾干净。
(完整版)高二物理测量电源的电动势和内阻练习测试题.doc
第 3 节、测量电源的电动势和内阻 一、选择题： 1、在《测定电源电动势和内阻》的实验中，为使实验效果明显且不易损坏仪器，应选择下列哪种电源为好（） A、内阻较大的普通干电池 B、内阻较小的普通蓄电池 C、小型交流发电机 D、小型直流发电机 2、图所示为《测定电源电动势和内阻》的电路图，下列说法中正确的是（） A、该电路图有错误，缺少一只与电流表相串联的保护电阻 B、用一节干电池做电源，稍旧电池比全新电池效果好 C、几节相串联的干电池比单独一节干电池做电源效果好 D、实验中滑动变阻器不能短路 3、为了测出电源的电动势和内阻，除待测电源和开关、导体以外，配合下列哪组仪器，可以达到实验目的：（） A、一个电流表和一个电阻箱 B、一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器 C、一个电压表和一个电阻箱 D、一个电流表和一个滑动变阻器 4、在《测定电源电动势和内阻》的实验中，进行数据处理时的作图，正确做法是（） A、横坐标I 的起点一定要是零 B、纵坐标U 的起点一定要是零 C、使表示实验数据的点尽可能地集中在一边 D使表示实验数据的点尽可能地布满整个图纸 5、用电压表、电流表测定a、b 两节干电池的电动势E a、E b和内电阻 r a、 r b时，画出的图线 如图所示，则由此图线可知（） A、 E a＞ E b、 r a＞ r b B、E a＞ E b、 r a＜ r b C、 E a＜ E b、 r a＞ r b D、E a＜ E b、 r a＜ r b 6、如图所示为两个电池的路端电压U 随电流 I 变化的图线，已知图线a∥ b，则两个电池的电 动势 E a、 E b和内电阻r a、 r b的关系是（） A、 E a=E b、 r a=r b B、 E a＞ E b、r a=r b C、 E a＞ E b、 r a＞r b D、 E a=E b、 r a＞r b 7、如图所示是根据某次实验记录的数据画出的U— I 图线，关于此图线，下列的说法中正确的是：（） A、纵轴的截距表示电源的电动势，即E＝ 3.0V
测量电源的电动势和内电阻
测量电源的电动势和内电阻 电源电动势和内阻测量的基本方法有三种 实验数据处理方法有两种（至少测六组数据计算取平均值，和绘制图像） 方法一、如图1所示： （1）原理：E=U+Ir （2）数据处理： （一）计算 （1）任取两组数据，由E 测=U 1+I 1r 测 E 测=U 2+I 2r 测 解得：E 测= 1 22 112I I U I U I -- r 测= 1 22 1I I U U -- 最后取三组计算结果的平均值为测量结果。 （2）误差分析：E=U 1+（I 1+ V R U 1 ）r E=U 2+（I 2+ V R U 2 ）r 式中E 、r 为电源电动势和内阻的真实值。 解得：E= V R U U I I U I U I 2 1122 112)(-- -->E 测 r= V R U U I I U U 2 1122 1)(-- -->r 测 即：电动势和内阻的测量值均偏小。 （二）做图像：描点法做图： （1）由U=E-Ir 可知，测出几组U 、I 值，作出如图2所示的U —I 图象，图线在U 轴上的截距为E 。图线的斜率的绝对值为电阻r= 2 12 1I I U U --。 （2）误差分析：如图3所示 如图1，闭合电路的欧姆定律U=E-Ir 中的I 是通过电源的电流，而图1电路由于电压表分流存在系统误差，导致电流表读数（测量值）小于电源的实际输出电流（真实值）。设通过电源电流为I 真，电流表读数为I 测，电压表 内阻为R v ，电压表读数为U ，电压表分流为I v ，由电路结构，I I I I U R v v v 真测，而=+=，U 越大，I v 越大，U 趋于零时，I v 也趋于零。 它们的关系可用图3表示，由测量数据画出的U-I 图角为图象AB 。根据修正值，图线上每点电压对应电流的真实值大于测量值，作出修正之后的U-I 图线CB 。 1图2 图3
E.温差电动势的测量.05
图1 热电偶 1t 热端0t 冷端 实验名称 温差电动势的测量 一、前言 1821年德国物理学家塞贝克（T.J.Seeback ）发现：两种不同金属导线两端接合成回路，当结合点的温度不同时，在回路中就会有电流和电动势产生，后来称此为塞贝克效应。其中产生的电动势称为温差电动势，上述回路称为热电偶。 在实际测量中，为了提高测量精度，使测量更加方便快捷，经常将一些非电学量（如温度、速度、长度等）转换为电学量进行测量。热电偶就是这样一种利用温差电效应制作的，将非电学量（温度）转化成电学量（电动势）来测量的一个实际例子。用热电偶测温具有许多优点，如测温范围宽、测量灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏等。此外由于热电偶的热容量小，受热点也可做得很小，因而对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。因此，热电偶在温度测量、温差发电和控制系统中得到广泛应用。 二、教学目标 1、观察并了解温差电现象。 2、掌握电势差计的工作原理，学会使用箱式电势差计。 3、通过测量热电偶的温差电动势，学会对热电偶进行定标的方法。 4、学会使用光点式检流计。 三、教学重点 1、热电偶的定标。 四、教学难点 1、箱式电势差计的使用。 五、实验原理 两种不同金属（如铜和康铜）组成一个闭合回路，如图1所示，当两个接触点温
图2 t E 与10t t -的线性关系曲线 1t 热端 10 ()t E V 度不同，则在两接触点间将产生电动势，回路中会出现热电流，此现象称为温差电现象，产生的电动势称为塞贝克电动势，也称为温差电动势。这种由两种不同金属焊接并将接触点放在不同温度下的回路称为热电偶，其高温端称为自由端或工作端，低温端称为自由端或冷端。热电偶的温差电动势大小由热端和冷端的温差决定，其极性热端为正极，冷端为负极，其关系式如下： 210101 ()()2 t E t t t t αβ=-+-+ ＝ （1） 式中t E 为温差电动势，1t 为热端温度，0t 为冷端温度，α和β是由构成热电偶的金属材料决定的常数。当冷热端温差不大时，αβ ，上式可简化为： 10()t E t t α=- （2） 故温差电动势t E 与冷热端温差01t t -成线性关系。比率系数α称为温差电偶的温差系数或称热电动势率。 将热电偶，电势差计等其他相关仪器组合在一起便构成了热电偶温度计。当已知冷端温度，并测出其温差电动势后，便可求出热端温度： 10t E t t α = + （3） 显然，使用热电偶温度计测量温度时，必须进行定标。所谓定标就是要确定温差电动势的大小与温度差的对应关系，即确定热电偶温差系数α的值。实验中，由于热电偶热端温度1t 不可能很高，故可通过式（2）作出t E 与10t t -的线性关系曲线，用图解法求出 α。如图2所示，在曲线上取t E ?与()10t t ?-，则有 10()t E t t α?= ?- （4） 六、实验仪器 UJ31型箱式电势差计，直流复射式检流计、铜-康热电偶、标准电池、高稳定直流电源、保温瓶、搪瓷杯、温度计、导线。
电势能和电势 课时作业
1.4 电势能和电势 1．下列说法中正确的是() A．沿电场线的方向，电场强度一定越来越小 B．沿电场线的方向，电势一定越来越低 C．沿电场线方向移动电荷，电势能逐渐减小 D．在静电力作用下，正电荷一定从电势高处向电势低处移动 答案B 2．下列四个图中，a、b两点电势相等、电场强度也相等的是() 答案D 3．下列关于电场的描述，正确的是() A．电场中某点电势的大小、正负与零电势点的选取有关 B．电场中某两点间的电势差与零电势点的选取有关 C．同一点电荷处于电场中的不同位置时，具有的电势能越大，说明那一点的电势越高D．同一点电荷在电场中任意两点间移动时，只要静电力做的功相同，那么两点间的电势差一定相同 答案AD 4．如右图所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上 两点．下列说法正确的是() A．M点电势一定高于N点电势 B．M点场强一定大于N点场强 C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能 D．将电子从M点移动到N点，静电力做正功 答案AC 5．下列说法正确的是() A．将电荷由电势低的地方移到电势高的地方，电势能一定增加 B．将正电荷由电势低的地方移到电势高的地方，电势能一定增加 C．将负电荷由电势高的地方移到电势低的地方，电势能一定增加 D．无论是正电荷还是负电荷，静电力做负功时电势能一定增加 答案BCD 6．在点电荷Q形成的电场中有一点A，当一个－q的试探电荷从电场的无限远处被移到电场中的A点时，静电力做的功为W，则试探电荷在A点的电势能及电场中A点的电势分别为()
A ．EpA ＝－W ，φA ＝W q B ．EpA ＝W ，φA ＝－W q C ．EpA ＝W ，φA ＝W q D ．EpA ＝－W ，φA ＝－W q 答案 A 7．对于电场中A 、B 两点，下列说法正确的是 ( ) A ．电势差的定义式UA B ＝WAB/q ，说明两点间的电势差UAB 与静电力做功WAB 成正比，与移动电荷的电荷量q 成反比 B ．A 、B 两点间的电势差等于将电荷从A 点移到B 点静电力所做的功 C ．将1 C 电荷从A 点移到B 点，静电力做1 J 的功，这两点间的电势差为1 V D ．电荷由A 点移到B 点的过程中，除受静电力外，若还受其他力的作用，电荷电势能的变化就不再等于静电力所做的功 答案 C 8．如下图所示，实线为电场线，虚线为等势线，且MN ＝NP ，电场中的M 、N 、P 三 点的电场强度分别为EM 、EN 、EP ，电势分别为φM 、φN 、φP ，MN 、NP 间的电势差 分别为UMN 、UNP ，则下列关系中正确的有 ( ) A ．φM ＞φN ＞φP B ．EP ＞EN ＞EM C ．UMN ＜UNP D ．UMN ＝UNP 答案 ABC 9．如右图所示，两个等量的正点电荷分别置于P 、Q 两位置，在P 、 Q 连线的垂直平分线上有M 、N 两点，另有一试探电荷q ，则( ) A ．若q 是正电荷，q 在N 点的电势能比在M 点的电势能大 B ．若q 是负电荷，q 在M 点的电势能比在N 点的电势能大 C ．无论q 是正电荷，还是负电荷，q 在M 、N 两点的电势能都一样大 D ．无论q 是正电荷还是负电荷，q 在M 点的电势能都比在N 点的电势能小 答案 AB 10．如图所示，虚线a 、b 、c 为三个同心圆面，圆心处为一个点电荷．现从c 外面一点P 以相同的速率发射两个电荷量、质量都相等的带电粒子，分别沿PM 、PN 运动到M 、N ，M 、N 两点都位于圆周c 上，以下判断正确的是 ( ) A ．两粒子带同号电荷 B ．两粒子带异号电荷 C ．到达M 、N 时两粒子速率仍相等 D ．到达M 、N 时两粒子速率不相等 答案 BD
测电源的电动势及内阻方法及例题
测电源的电动势及内阻 一、伏安法（U -I 法） 这是课本上提供的常规方法，基本原理是利用全电路欧姆定律，即U =E -Ir ，测出路端电压及电路中的总电流，用解方程组的办法求出电动势和内阻．原理图如图1所示，实验基本器材为电压表和电流表．改变不同的R 值，即可测出两组不同的U 和I 的数据，有 E =U 1+I 1r ①，E =U 2+I 2r ② 由①②式得： E = 2 11 221I I U I U I --，r =211 2I I U U --． 多测几组U 、I 数据，分别求出每组测量数据对应的E ，r 值，最后求出平均值．还可以用图象确定电池的电动势和内电阻．由U =E -Ir 知，对于确定的电池，E ，r 为定值，U 是I 的一次函数，U 与I 的对应关系图象是一条直线．其图象持点有： ①当I =0时，U =E ，这就是说，当外电路断路时，路端电压等于电源电动势．所以反映在U -I 图线上是图线在纵轴U 上的截距(等于电源的电动势E )．如图2． ②当R =0时，U =0，这时I =I 短=r E ．即是，当电源短路时，路端电压为零．这时电路中的电流并不是无穷大，而是等于短路电 路I 短 ．反映在U -I 图线上是图线在横轴I 上的截距(等于I 短 )，如图2所示．根据I 短 =r E ，可知r =短I E ．这 样，从图中求出E 和I 短，就能计算出r ． 对于r =短I E ，对比图线可以看出，短I E 实际上就是U -I 图线斜率的大小(斜率取绝对值)．所以求电源内阻r 变成了求图线斜率的大小． 由于实际实验中数据采集范围的限制以及作图的规范，使得这个实验的U -I 图线的纵轴起点一般并不是零，因为若不这样取法 将会使全图的下半部变为空白，图线只集中在图的上面的31 部分，它既不符合作图要求，又难找出图线与横轴的关系．一般说 来纵轴的起点要视电压的实验值(最小值)而定，但图线与横轴的交点不再是短路电流了．常在这里设考点，值得引起注意． 这样一来就不能从图线上得到短路电流I 短．在这种情况下一般是从图线上任取两点A 、B ，利用A 、B 两点的数值求得图线的斜率以获得电源电阻r 的值．如图3所示．r 的数值应是 r = A B B A I I U U -- 当然，也可以是 r =0 0I U E - 其中U 0是纵轴的起点值，I 0是此时横轴的截距．注意，这里的I 0并不是短路电流I 短． 如图8所示，这是由于电压表的分流I V ，使电流表示值I 小于电池的输出电流I 真，I 真=I +I V ，而I V =V R U ，显见U 越大I V 越大， 只有短路时U =0才有I 真=I =I 短，即B 点，它们的关系可用图9表示，实测的图线为AB ，经过I V 修正后的图线为A ′B ，即实测的r 和E 都小于真实值．实验室中J0408型电压表0~3V 挡内阻为3k ，实验中变阻器R 的取值一般不超过30，所以电压表的 分流影响不大，利用欧姆定律可导出r =V 1R r r 真 真+，=V 1R r E 真 真+，可知r 测定电源的电动势和内阻 【考纲知识梳理】 一、实验目的 1.测定电池的电动势和内电阻。 二、实验原理 1、如图所示电路，只要改变外电路R 的阻值，测出两组I 、U 的数值，代人方程组： ? ?? ?? ?+=+=222111U r I E U r I E 就可以求出电动势E 和内阻r ．或多测几组I 、U 数据，求出 几组E 、r 值，最后分别算出它们的平均值． 此外还可以用作图法来处理实验数据，求出E 、r 的值．在标坐纸上，I 为横坐标，U 为纵坐标，测出几组U 、I 值，画出U —I 图像，根据闭合电路的欧姆定律U=E —Ir ，可知U 是I 的一次函数，这个图像应该是一条直 线．如图所示，这条直线跟纵轴的交点表示电源电动势，这条直线的斜率的绝对值，即为内阻r 的值。 2、电源的电动势和内阻的实验的技巧 （1）前，变阻器滑片应使变阻器连入的阻值最大；要测出不少于6组I 、U 数据，且变化范围大些，用方程组求解时，1与4、2与5、3与6为一组，分别求出E 、r 的值再求平均值． （2）电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的1号干电池）． （3）I 图线时，要使较多的点落在直线上或使各点均匀落在直线的两侧，个别偏离较大的舍去不予考虑，以减少偶然误差．本实验由于干电池内阻较小，路端电 压U 的变化也较小，这时画U —I 图线时纵轴的刻度可以不从零开始，但这时图线和横轴的交点不再是短路电流． （4）在大电流放电时极化现象较严重，电动势E 会明显下降，内阻r 会明显增大．故长时间放电不宜超过0．3A ．因此，实验中不要将电流I 调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。 （5）还可以改用一个电阻箱和一个电流表或一个电压表和一个电阻箱来测定． 3、电源的电动势和内阻的误差分析：] （1）读完电表示数没有立即断电，造成E 、r 变化； （2）路存在系统误差，I 真=I 测十I V 未考虑电压表的分流； （3）象法求E 、r 时作图不准确造成的偶然误差． 三、实验器材 待测电池，电压表( 0-3V ),电流表（），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。 【要点名师精解】 一、实验步骤 1．电流表用量程，电压表用3V 量程，按电路图连接好电路。 2. 把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I 1、U 1），用同样方法测量几组I 、U 的值。 4. 打开电键，整理好器材。 5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。 6、注意事项 （1）电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的 大学物理实验报告 实验3-7 温差电动势的测量 一、实验目的： 测量热电偶的温差电动势。 二、实验器材： UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式验流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、带温度显示的水浴锅、保温杯。 三、实验原理： 1、热电偶 两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度T0和T，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。温差电动势ε的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差（T-T0）。电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为 ε =C（T-T ） 式中C为热电偶常数(或称温差系数），等于温差1℃的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。 热电偶可制成温度计。为此，先将T0固定用实验方法确定热电偶的ε-T关系，称为定标。定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量范围大（-200～2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A/D变换等一系列优点。 2、电位差计 电位差计时准确测量电势差的仪器，其精度很高。用伏 特表测量电动势x E，伏特表读数为U=x E-IR，其中R为 伏特表内阻。由于U 如图，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，I=0， N E =x E 。如果 N E 是标准电池，则利用这种互相抵消的方法就能准确地测量被测的电动势x E ， 这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的。 在实际的电位差中， N E 必须大小可调，且电压很稳定。电位差计的工作原 理如图所示，其中外接电源E 、制流电阻P R 和精密电阻AB R 串联成一闭合电路，称为辅助回路。当有一恒定的标准电流 o I 流过电阻AB R 时，改变AB R 上两滑动头C 、D 的位置就能改变C 、D 间的电位差 CD V 的大小。由于测量时应保证 o I 恒定不变，所 以在实际的电位差计中都根据o I 大小把电阻的数 值转换成电压值，并标在仪器上。CD V 相当于上面 的“ N E ”，测量时把滑动头C 、D 两端的电压 CD V 引出与未知电动势x E 进行比较。 （1）校准： 根据标准电池电动势N E 的大小，选定C 、D 间的电阻为N R ， 使 N E =o I N R ，调节P R 改变辅助回路中的电流，当验流计指零时，AB R 上的电压 恰与补偿回路中标准电池的电动势N E 相等。由于 N E 和 N R 都准确地已知，这时 辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的o I 值。 （2） 测量： 把开关倒向x E 一边，只要x E ≤o I N R ，总可以滑动C 、D 到' D 'C 、使检流计再度指零。这时'D 'C 、间的电压恰和待测的电动势x E 相等。设'D 'C 、之间的电阻为 x R ，可得x E = o I x R 。因o I 已被校准，x E 也就知道了。 由于电位差计的实质是通过电阻的比较把待测电压与标准电池的电动势作比较，此时有 N N x x E R R E = 因而只要精密电阻AB R 做得很均匀准确、标准电池的电动势 N E 准确稳定、 课后训练 基础巩固 1．一个点电荷，从静电场中的a点移到b点，其电势能的变化为0，则（） A．a、b两点的场强一定相等 B．该电荷一定沿等势面移动 C．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的 D．a、b两点的电势一定相等 2．光滑绝缘的斜面置于电场中，一质量为m、带电荷量为q的点电荷从A点以v0的初速度沿斜面运动到B点时，速度也为v0。则下列说法正确的是（） A．A点的场强大于B点的场强 B．A点的电势高于B点的电势 C．电荷在A点的电势能大于B点的电势能 D．点电荷一定带正电 3．一个带电小球在从空中a点运动到b点的过程中，重力做功3 J，电场力做功1 J，克服空气阻力做功0.5 J，则小球（） A．在a点的重力势能比在b点的重力势能大3 J B．在a点的动能比在b点的动能小3.5 J C．在a点的电势能比在b点的电势能小1 J D．在a点的机械能比在b点的机械能小0.5 J 4．孤立点电荷电场中的一簇等势面如图中虚线所示，其电势分别为φ1、φ2、φ3，其中A、B、C是某电场线与这簇等势面的交点，且AB＝BC。现将一负电荷由A移到B，电场力做正功W1；由B移至C，电场力做正功W2，则（） A．W1＝W2，φ1＜φ2＜φ3 B．W1＝W2，φ1＞φ2＞φ3 C．W1＞W2，φ1＜φ2＜φ3 D．W1＜W2，φ1＞φ2＞φ3 5．将一正点电荷从无穷远处移入电场中M点，电场力做功为6.0×10－9J，若将一个等量的负点电荷从电场中N点移向无穷远处，电场力做功为7×10－9 J，则M、N两点的电势φM、φN有如下关系（） A．φM＜φN＜0 B．φN＞φM＞0 C．φN＜φM＜0 D．φM＞φN＞0 能力提升 6．如图所示，在等量异种电荷形成的电场中，画一正方形ABCD，对角线AC与两点电荷的连线重合，两对角线的交点O恰为电荷连线的中点。下列说法中正确的是（） 专业班次姓名日期 一、实验名称 测量热电偶的温差电动势 二、实验目的 1. 了解电位差计的工作原理，学会用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势。 2. 学会用数字电压表测量热电偶的温差电动势。 3. 了解热电偶的测温原理和方法。 三、实验器材 UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。 四、实验原理 1．热电偶 两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度t0和t，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。这样由两种不同金属构成的组合，称为温差电偶，或热电偶。热电偶是一种常用的热电传感器，利用它可以测量微小的温度变化。 温差电动势ε的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差(t－t0)。电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为： ε＝C（t－t0） 式中C为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。例如，常用的铜-康铜电偶的C值为4.26×10-2mV/K，而铂铑-铂电偶的C值为6.43×10-3mV/K。 热电偶可制成温度计。为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实验方法确定热电偶的ε-t关系，称为定标。定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。 2．数字电压表测量温差电动势 由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。 3．电位差计 电位差计是准确测量电势差的仪器，其精度很高。用伏特表测量电动势E x时，伏特表读数为U＝E x－IR，其中R为伏特表内阻。由于U No.2 电势能 电势 ◆ 本章学习目标 1. 理解静电场力的保守特性和电势能概念。 2. 理解电势和电势差的定义, 并能熟练应用定义计算电荷产生的电势的空间分布。 3. 理解的电势的叠加特性，能熟练应用电势的叠加原理计算各种电荷分布产生的电势分布。 4. 理解电势和电场强度的关系。 ◆ 填空题 1. 静电场力做功与路径 无关 , 所以静电场力是 保守 力。静电场的 环路定理的数学表达式为 0d =??r E ；该式表明静电场是 保守 场。 2. 电势的定义式（电势与电场强度的积分关系）是 ? ?= 零势能点 a a r E V d ； 3. 当电荷q 在电场中从a 点运动到b 点时, 电场力的功与两点之间的电势差的关系为 )(b a ab V V q W -= ；电势能的增量是 )(b a ab V V q U --=? 。 4. 点电荷q 在空间的电势分布表达式为r q V 04πε= ；连续分布带电体上任意微元电荷d q 在距离它为 r 的空间点P 的电势分布可表为 r q V 04d d πε= ；该带电体在P 点的电势可由 ?? = =r q V V 04d d πε 求出。 5．等势面的定义是 电场中，电势相等的点构成的面称为等势面。 ；等势面与电场线一定相互 垂直 ；电场线总是从 高 电势指向 低 电势。 6. 电场强度与电势的微分关系式为 k ?j ?i ?k ?j ?i ? z V y V x V E E E E z y x ??-??-??-=++= ；利用该式，若已知 电势 的空间分布函数，可以求出 电场强度的 空间分布函数。 ◆ 综合练习题 1. 一内外半径分别为R 1和R 2均匀带电球壳，电荷量为Q ，求下列空间各区域的电势分布：（1）0< r 感应电动势大小的计算 适用学科高中物理适用年级高中二年级适用区域安徽课时时长（分钟）60 知识点1、电磁感应产生的条件、法拉第电磁感应定律 2、导线切割磁感线感应电动势的公式 教学目标1、理解感应电动势的概念，明确感应电动势的作用。 2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能与磁通量的变化相区别。 3、理解感应电动势的大小与磁通变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用。 4、知道公式θ是如何推导出的，知道它只适用于导体切 割磁感线运动的情况。会用它解答有关的问题。 5、通过法拉第电磁感应定律的建立，进一步揭示电与磁的关系，培养学生空间思维能力和通过观察、实验寻找物理规律的能力。 教学重点理解感应电动势的大小与磁通变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及应用 教学难点法拉第电磁感应定律及应用 教学过程 一、复习预习 1、复习楞次定律； 2、复习感应电流产生的条件； 3、通过感应电流方向的判断。 二、知识讲解 （一）、感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势. 注意：（1）不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化都产生感应电动势；（2） 产生感应电动势的那部分导体就相当于电源，导体的电阻相当于电源的内阻；（3）要产生感应电流，电路还必须闭合，感应电流的大小不仅与感应电动势的大小有关，还与闭合电路的电阻有关. （二）、法拉第电磁感应定律 1.内容：回路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比. 2.公式t ??Φ (1 1 ) 式中n 为线圈匝数，t ??Φ 称磁通量的变化率. 注意它与磁通量Φ和磁通量变化量ΔΦ的区别. 说明：（1）若B 不变，线圈面积S 变化，则t S ??. (2)若S 不变，磁感应强度B 变化，则t B ??. （三）、运动导体做切割磁感线运动时，产生感应电动势的大小，其中v 为导体垂直切割磁感线的速度，L 是导体垂直于磁场方向的有效长度. 四、转动产生感应电动势 1.导体棒（长为L ）在磁感应强度为B 的匀强磁场中匀速转动（角速度为ω时），导体棒产生感应电动势. ??? ??? ??? -===)(212102 2212 L L B E L B E E ωω以任意点为轴时以端点为轴时以中点为轴时 2.矩形线圈（面积为S ）在匀强磁场B 中以角速度ω绕线圈平面内的任意轴匀速转动，产生的感应电动势ωθ,θ为线圈平面与磁感线方向的夹角.该结论与线圈的形状和转轴具体位置无关（但是轴必须与B 垂直）. 考点1： 严格区别磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ及磁通量的变化率t ??Φ 磁通量Φ表示穿过一平面的磁感线条数，磁通量的变化量ΔΦ=Φ2-Φ1，表示磁通量变化的 多少，磁通量的变化率t ??Φ表示磁通量变化的快慢.Φ大，ΔΦ及t ??Φ不一定大；t ??Φ 大， Φ及ΔΦ也不一定大.它们的区别类似于力学中的v 、Δv 及t v ??的区别. 考点2： 对t ??Φ 的理解 1.公式t ??Φ 计算的是在Δt 时间内的平均电动势；公式中的v 代入瞬时速度，则E 为瞬时电 动势；v 代入平均速度，则E 为平均电动势.这样在计算感应电动势时，就要审清题意是求平均电动势还是求瞬时电动势，以便正确地选用公式. 测量电源电动势和内阻2 一、实验目的 会用安阻法或伏阻法测量电源的电动势和内阻，会利用图像求解电动势和内阻 二、实验原理 1、安阻法：用电流表、电阻箱测量。如图1 所示：测出两组或多组I、R值，就能算出 电动势和内阻。原理公式： E= 。 2、伏阻法：用电压表、电阻箱测量。如图2 所示：测出两组或多组U、R值，就能算出 电动势和内阻。原理公式：E= 。 三、实验器材和电路的选择 待测电源、开关、导线、变阻箱、电压表、电流表 四、实验步骤: 1、恰当选择实验器材，按图1或2连好实验仪器。 2、闭合开关S，接通电路，记下此时电流表和电阻箱的示数或电压表与电阻箱的示数。 3、改变电阻箱的阻值，记下各电阻对应的电流表和电压表的示数。 4、断开开关S，拆除电路。 5、分析处理数据，并求出E和r。 五、数据处理 例1、某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为999.9Ω）、一只电流 表（量程I g＝0.6 A，内阻r g＝0.1 Ω）和若干导线 （1）请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图中器件的连接 方式，画线把它们连接起来。 （2）实验中该同学得到两组数据R1=5.6Ω，I1=0.25A； R2=3.2Ω，I2=0.42A。利用这两组数据你能否得到电源的电动势和 内阻？ （3）该同学继续实验得到了多组（R，I），并且该同学想用画图像的方式处理数据，为使处 理数据变得简单，该同学想取合适的物理量作为坐标，从而使画出的图像为直线，为了达到 这一目标，则该位同学应分别以什么量作为坐标？请你定性的画出图像。 （4）接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录。当电 阻箱的阻值R＝2.6 Ω时，其对应的电流表的示数如左下图所示．处理实验数据时，首先计 算出每个电流值I的倒数 1 I；再制作R－ 1 I坐标图，如右下图所示，图中已标注出了（R， 1 I） 的几个与测量对应的坐标点，请你将与左下图实验数据对应的坐标点也标注在右下图上。 （5）在图上把描绘出的坐标点连成图线。 （6）)根据图描绘出的图线可得出这个电池的电动势 E＝________V，内电阻r＝________Ω。 例2、某研究性学习小组采用如图所示的电路测量某干电池的电 动势E和内阻r，R为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大 于电池的电动势。实验中通过多次改变电阻箱的阻值R，从电 压表上读出相应的示数U，该小组同学发现U与R不成线性关 系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示。 回答下列问题： （1）根据表中的数据和实验原理，你认为第______（填序号）组数据是错误的，原因是 _______________________________________________________ （2）为了得到线性关系，你觉得该小组该以什么量作为坐标轴，请定性画出图像。并说出图 像的什么表示电源的电动势和内阻。 温差电动势的测量 热电偶是一种应用十分广泛的温度传感器，它可以测量微小的温度变化，并广泛的应用于非电量的电测。例如，由热电偶制成的热电偶湿度计已广泛应用于农业科学中植物水势的 测定和渗透势 的测定。因此，了解热电偶十分必要。本实验介绍热电偶的原理与温差电动势的测量方法。 一、实验目的 1. 了解电位差计的工作原理，学会用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势。 2. 学会用数字电压表测量热电偶的温差电动势。 3. 了解热电偶的测温原理和方法。 4. 学会使用光点式或数字式检流计。 二、实验仪器 UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。 三、实验原理 1．热电偶 两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处于不同温度t0和t，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。这样由两种不同金属构成的组合，称为温差电偶，或热电偶。热电偶是一种常用的热电传感器，利用它可以测量微小的温度变化。 温差电动势ε的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差(t－t0)。电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为： ε＝C（t－t0） 式中C为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。例如，常用的铜-康铜电偶的C值为4.26×10-2mV/K，而铂铑-铂电偶的C值为6.43×10-3mV/K。 热电偶可制成温度计。为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实验方法确定热电偶的ε-t关系，称为定标。定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。 2．数字电压表测量温差电动势 由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。 3．电位差计 电位差计是准确测量电势差的仪器，其精度很高。用伏特表测量电动势E x时，伏特表读数为U＝E x－IR，其中R为伏特表内阻。由于U 高中物理中关于感应电动势的计算公式有两个：E=△φ/△t和E= BLvsinθ。对于这两个公式的真正物理含义及适用范围，有些学生模糊不清。现就这一知识点做如下阐述。 （一）关于E=△φ/△t 严格地说，E=△φ/△t不能确切反映法拉第电磁感应定律的物理含义。教材中关于法拉第电磁感应定律是这样阐述的：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。而表达式△φ/△t所表示的物理意义应为：磁通变化量与发生此变化所用时间的比值，这与磁通变化率是不能等同的，只有在△t →0时，△φ/△t的物理意义才是磁通量的变化率。由于中学阶段没有涉及微积分，故教材用E=△φ/△t 来表示法拉第电磁感应定律是完全可以的。但必须清楚：用公式E=△φ/△t求得的感应电动势只能是一个平均值，而不是瞬时值。因为△和△t 都是某一时间段内的对应量而不是某一时刻的对应量，所以直接用此公式求得的E为△t时间内产生的感应电动势的平均值。 （二）关于E=BLvsinθ 公式E=BLvsinθ是由公式E=Δφ/Δt推导而来。此公式适用于导体在 匀强磁场中切割磁力线而产生感应电动势的情况，实质是由于导体的相对磁力线运动（切割磁力线），使回路所围面积发生变化，使得通过回路的磁通量发生变化从而产生感应电动势。可以认为公式E=BLvsinθ 所表示的物理意义是法拉第电磁感应定律的一种特殊情况。用此公式求得的E可为平均值也可为瞬时值：若v为某时间段内的平均速度，则求得的E为相应时间段内的平均感应电动势；若v为某时刻的瞬时速度，则求得的E为相应时刻的瞬时感应电动势。一般用此公式来计算瞬时感应电动势。 （三）例题分析 如图1，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r, 导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两道轨间距为L。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt ( k为常数，且k＞0)，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻，金属导轨紧靠P、Q端，在外力作用下以大小为a的恒定加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=T时刻回路中的感应电动势大小。 1.易错解法1：t=0时穿过回路的磁通量：φ1=0 4.8温差电偶的定标和测量 热电偶的重要应用是测量温度。它是把非电学量（温度）转化成电学量（电动势）来测量的一个实际例子。热电偶在冶金、化工生产中用于高、低温的测量，在科学研究、自动控制过程中作为温度传感器，具有非常广泛的应用。 用热电偶测温度具有许多优点，如测温范围宽、测量灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏度等。此外由于热电偶的热容量小，受热点也可做得很小，因而对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。 【实验目的】 1.观察并了解温差电现象； 2.掌握电位差计的工作原理，学会使用箱式电位差计； 3.通过测量热电偶的温差电动势，作出热电偶的温差电动势与温度差之间的关系曲线，能够运用图解法求出热电偶温差系数； 4. 掌握标定热电偶的方法； 5.了解校准热电偶温度计的基本方法。 【实验仪器】 UJ36型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。 【预习要求】 1. 电位差计是利用什么原理进行测量的? 2. 使用电位差计测量位置电压前要进行那些操作? 【实验仪器介绍】 1.标准电池 标准电池是一种作电动势标准的原电池，分为饱和式（电解液始终是饱和的）和不饱和式两类。不饱和式标准电池的电动势E t随温度变化很小，一般不必作温度修正，但在恒温下E t仍有变化，不及饱和式的稳定，而且当电流通过不饱 和式标准电池后，电解液增浓，长期使用后会失效。 饱和式标准电池的电动势较稳定，但随温度变化比较显著。本实验所用的为饱和式标准电池，该电池在20℃时的电动势为E20=1.01860V，在偏离20℃时的电动势可以下式估算： E s（t）=E20-[39.94(t-20)+0.929(t-20) 2×10-5-0.0090(t-20)3]×10-6V 电池的温度可由其上所附的温度计读出。 使用标准电池时需注意正负极不能接错，不能短路，不准用万用表测其端电压，不可摇晃、振荡、倒置，不准超过容许电流。 2. 直流复射式光点检流计（AC15型） 直流复射式光点检流计是一种测量微弱电流（10－8~10－11A）的磁电式检流计，它无指针，靠光标读数，无固定的零点，一般常用来检测有无电流或作为零位测量法的“指零”仪表。直流复射式光点检流计的使用方法如下： （1）待检测电流由左下角标示的“＋”、“－”两个接线端接入，一般可不考虑正负。 （2）电流的大小由投射到刻度尺上的光标来指示。产生光标的电源插口在仪器背面。由于光标电源有AC220V和AC6.3V、DC6.3V两种，所以要注意光标电源的选择开关应和实际相符。 （3）测量时，应先接通光标电源，见到光标后，将分流器开关由“短路”转到“×0.01”档，观察光标是否指“0”，如果光标不在“0”点，应使用零点调节器和标盘微调器，把光标调在“0”点。如果找不到光标，可以将检流计的分流器开关置于“直接”处，检查仪器内的小灯泡是否发光。 （4）仪器的偏转线圈并联不同的分流电阻，可以得到不同的灵敏度。使用时，应从检流计的最低灵敏度×0.01档开始测量，如果偏转不大，再逐步提高灵敏度．本实验中要求灵敏度达到“×1”或“×0.1”。 （5）测量中当光标摇动不停时，要转向短路档，使线圈作阻尼振动，较快静止下来。检流计悬丝所能承受的最大拉力只有零点几克，所以使用时注意不能振动、倾斜。当实验结束时，必须将分流器置于短路档，以防止线圈和悬丝受到机械振动而损坏。 3.数字式灵敏检流计 电势能和电势 1.如图1-20所示，A 、B 是电场中两点，一个带负电的点电荷Q 在A 点所受的电场力要比它在B 点所受的电场力______，该负电荷在A 点的电势能要比它在B 点的电势能______，A 点的电场强度要_____于B 点的电场强度，A 点的电势要______于B 点的电势. 2．如图1-21所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有A 、B 、C 三点，分别把+q 和-q 的试验电荷依次放在三点上，关于它所具有的电势能的正确说法是 ( ) A ．放上+q 时，它们的电势能E PA ＞E P B ＞E P C B ．放上+q 时，它们的电势能E PA ＜E PB ＜E PC C ．放上－q 时，它们的电势能E PA ＞E PB ＞E PC D ．放上－q 时，它们的电势能 E PA ＜E PB ＜E PC 3.关于电场中的电场线，下列说法正确的是 ( ) A.带正电的点电荷在电场力作用下，运动的轨迹和电场线重合 B.沿电场线方向电场强度逐渐减小 C.沿电场线方向电势逐渐降低 D.电荷沿电场线方向运动，电势能减少 4.下列说法中，正确的是 ( ) A.当两个正点电荷互相靠近时，它们之间的库仑力增大，它们的电势能也增大 B.当两个负点电荷互相靠近时，它们之间的库仑力增大，它们的电势能也增大 C.一个正电荷与一个负点电荷互相靠近时，它们之间的库仑力增大，它们的电势能也增大 D.一个正点电荷与一个负点电荷互相靠近时，它们之间的库仑力减小，它们的电势能也减小 5．如图1-22所示，虚线a 、b 、c 是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为φa 、 图1-20 图1-21 图1-22 K L M N测定电源的电动势和内阻过程及例题详解
实验报告-温差电动势的测量
电势能和电势 课时作业
3-7测量热电偶的温差电动势
纸质作业 NO.2 电势(参考答案)
感应电动势大小计算
伏阻法和安阻法测量电源电动势和内阻
温差电动势的测量
感应电动势的计算公式
温差电偶的定标和测量
电势能和电势 课时作业