本发明涉及物理教具技术领域，尤其涉及一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法。
背景技术：
直流电位差计是用补偿法和比较法进行测量电源电动势的精确仪器。它不但能用来精确测量电动势、电压、电流和电阻等，还可用来校准精密电表，在非电量的测量仪器及自动测量和控制系统中，应用也很广泛。
目前教学常用的为11位电位差计，使用中存在诸多的弊端，如：尺寸较大，需要占据较大实验平台，铜接线柱多达11个，接线柱本身存在一定的阻值，导致测量结果存在误差；接线柱较多，操作麻烦，需要多次尝试才可以找到合适的平衡点，不便于理解实验的原理；教具类似古琴，同学们会经常拨动，容易造成仪器的损坏和测量精确度的降低；金属丝绕过接线柱的长度未计算在总长度内，导致测量长度偏低，最终测得的电动势不精确。
所以，如何提供一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法，解决现有技术中存在的缺陷，具体方案如下：
本发明请求保护一种物理实验用滚筒式电位差计教具，包括支撑装置、以及测量装置，所述测量装置包括滚筒30以及轴21，所述滚筒30外部缠绕有电阻丝31，沿所述电阻丝31的缠绕方向设有标尺32；所述滚筒30的两端设有a接线端子50以及b接线端子51，所述轴21的上设有a铜环211以及b铜环212，所述a铜环211连接啊a碳刷213，所述b铜环212连接b碳刷214，所述a碳刷213通过a导线60与电阻丝始端310连接，所述b碳刷214通过b导线61与电阻丝末端311连接，所述a接线端子50通过c导线62与所述a铜环211连接，所述b接线端子51通过d导线63与所述b铜环212连接；所述支撑装置上设有可以沿所述滚筒30径向滑动的探头组件，所述探头组件与所述电阻丝可实现电性接触，所述探头组件连接有c接线端子52。
具体的，所述滚筒30采用透明材质，所述轴21上还设有光源70，所述光源70优选为led光源。
具体的，所述支撑装置包括底座10以及设置在所述底座10两端的侧面支撑板20，所述侧面支撑板20安装在所述轴21的两端，所述探头组件通过设置在所述底座10一侧的滑轨11实现沿所述滚筒30的轴向滑动。
具体的，所述探头组件包括设置在所述滑轨11上的滑块40，以及与所述滑块40依次连接的支撑杆41和金属触片42，所述金属触片直接与所述电阻丝31接触。
具体的，所述标尺32的长度为800mm-1100mm，优选1100mm。
本发明还请求保护一种基于上述装置的电路连接方式，具体为，所述a接线端子50和电源e正极连接，所述b接线端子51与电键k1连接，在所述电键k1与所述电源e之间设有变阻器r0，所述a接线端子还与检流器g连接，所述检流器g连接被测电源ex或标准电池e0，所述被测电源ex或标准电池e0可以通过电键k2与c接线端子52联通。
本发明还请求保护一种基于物理实验用滚筒式电位差计教具的电位差计算方法，包括如下步骤：
s1：按权利要求6的方式连接测试电路；
s2：电键k2和被测电源ex连接；
s3：接通电键k1；
s4：旋转滚筒手轮33，使金属触片42连续滑过电阻丝30；
s5：观察检流计g的指针偏转情况，直到其指针指到“0”刻度线，停止旋转滚筒手轮33；
s6：记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值，则，ex＝i0r0lx；
s7：将电键k2和标准电池e0连接，重复s4-s6步骤，记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值l0，则e0＝i0r0l0其中r0为电阻丝单位长度上的电阻，i0为流过电阻丝的工作电流；
s8：将上述两式ex＝i0r0lx和e0＝i0r0l0相除后，可得待测电源ex电动势：
上式表明，待测电源电动势ex，可用标准电池e0的电动势及电位差计处于补偿状态下测得的lx和l0值来确定。
优选的，所述标准电池的e0电动势为1.0186v。
本发明与现有技术相比，具有的优点是：滚筒上的电阻丝与接线柱之间使用了碳刷连接，结构简单，设计巧妙；尺寸小，占用空间小，在有限的空间内可以多组同学同时进行实验；接线柱仅有3个，因此测量结果精度较高；操作简单，只需从一端开始转动滚轮，一个行程即可找到平衡点，同时便于理解；有利于保护教具，节约教学成本的开支；测量值即为金属丝的实际长度值使测量结果更加准确；内部增加了照明led，使刻度值更加清晰易读。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明侧面示意图；
图3为本发明内部结构示意图；
图4为本发明电路连接示意图；
图5为标尺展开示意图；
图中：10、底座11、滑轨12、限位装置20、侧面支撑板21、轴210、绝缘体211、a铜环212、b铜环213、碳刷a214、碳刷b30、滚筒31、电阻丝310、电阻丝始端311、电阻丝末端32、标尺33、旋转手轮40、滑块41、支撑杆42、金属触片50、a接线端子51、b接线端子52、c接线端子60、a导线61、b导线62、c导线63、d导线70、光源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明侧面示意图，图3为本发明内部结构示意图，图4为本发明电路连接示意图，图5为标尺展开示意图，参照图1-图5所示，本发明请求保护一种物理实验用滚筒式电位差计教具，包括支撑装置、以及测量装置，所述测量装置包括滚筒30以及轴21，所述滚筒30外部缠绕有电阻丝31，沿所述电阻丝31的缠绕方向设有标尺32；所述滚筒30的两端设有a接线端子50以及b接线端子51，所述轴21的上设有a铜环211以及b铜环212，所述a铜环211连接啊a碳刷213，所述b铜环212连接b碳刷214，所述a碳刷213通过a导线60与电阻丝始端310连接，所述b碳刷214通过b导线61与电阻丝末端311连接，所述a接线端子50通过c导线62与所述a铜环211连接，所述b接线端子51通过d导线63与所述b铜环212连接；所述支撑装置上设有可以沿所述滚筒30径向滑动的探头组件，所述探头组件与所述电阻丝可实现电性接触，所述探头组件连接有c接线端子52。
具体的，所述滚筒30采用透明材质，所述轴21上还设有光源70，所述光源70优选为led光源。
具体的，所述支撑装置包括底座10以及设置在所述底座10两端的侧面支撑板20，所述侧面支撑板20安装在所述轴21的两端，所述探头组件通过设置在所述底座10一侧的滑轨11实现沿所述滚筒30的轴向滑动。
具体的，所述探头组件包括设置在所述滑轨11上的滑块40，以及与所述滑块40依次连接的支撑杆41和金属触片42，所述金属触片直接与所述电阻丝31接触。
具体的，所述标尺32的长度为800mm-1100mm，优选1100mm。
本发明还请求保护一种基于上述装置的电路连接方式，具体为，所述a接线端子50和电源e正极连接，所述b接线端子51与电键k1连接，在所述电键k1与所述电源e之间设有变阻器r0，所述a接线端子还与检流器g连接，所述检流器g连接被测电源ex或标准电池e0，所述被测电源ex或标准电池e0可以通过电键k2与c接线端子52联通。
本发明还请求保护一种基于物理实验用滚筒式电位差计教具的电位差计算方法，包括如下步骤：
s1：按权利要求6的方式连接测试电路；
s2：电键k2和被测电源ex连接；
s3：接通电键k1；
s4：旋转滚筒手轮33，使金属触片42连续滑过电阻丝30；
s5：观察检流计g的指针偏转情况，直到其指针指到“0”刻度线，停止旋转滚筒手轮33；
s6：记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值，则，ex＝i0r0lx；
s7：将电键k2和标准电池e0连接，重复s4-s6步骤，记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值l0，则e0＝i0r0l0其中r0为电阻丝单位长
度上的电阻，i0为流过电阻丝的工作电流；
s8：将上述两式ex＝i0r0lx和e0＝i0r0l0相除后，可得待测电源ex电动势：
上式表明，待测电源电动势ex，可用标准电池e0的电动势及电位差计处于补偿状态下测得的lx和l0值来确定。
优选的，所述标准电池的e0电动势为1.0186v。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。