Question

12．現(xiàn)要測電阻R₀阻值和干電池組的電動勢E及內(nèi)阻r．給定的器材有：兩個理想電壓表（量程均為3V），理想電流表（量程為0.6A），滑動變阻器R，待測的電阻R₀，兩節(jié)串聯(lián)的電池，電鍵S及導(dǎo)線若干．某同學(xué)設(shè)計(jì)一個如圖（a）所示的電路同時測電阻R₀阻值和電池組的電動勢及內(nèi)阻，調(diào)節(jié)變阻器，兩電壓表和電流表分別測得多組U₁、U₂、I的讀數(shù)，并作出U₁-I圖（圖線1）和U₂-I圖（圖線2），見圖（b）．

（1）由圖可知得出電阻R₀阻值為4.0Ω，電池組E的電動勢為3.0V，r阻值為2.0Ω（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
（2）若上述電路中少了一個電壓表，仍可用一個電路同時測電阻R₀阻值和干電池組的電動勢E及內(nèi)阻．電路圖如圖（c），請你根據(jù)電路圖完成實(shí)驗(yàn)步驟并寫出E、r兩個物理量的計(jì)算式．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①按照電路圖連接好電路；
②閉合開關(guān)s，移動滑片P使滑動變阻器短路，測得兩電表讀數(shù)為U₁、I₁；
③移動滑片P使滑動變阻器不短路，測得兩電表讀數(shù)為U₂、I₂；
④整理器材，數(shù)據(jù)處理．E=$\frac{{{U_1}{I_2}-{U_2}{I_1}}}{{{I_2}-{I_1}}}$，r=$\frac{{{U_1}-{U_2}}}{{{I_2}-{I_1}}}$．

Answer 1

分析 1、由歐姆定律U=IR可知，圖象2表示的是電阻R₀的電壓與電流關(guān)系，通過求出圖線的斜率可求出電阻值．
根據(jù)閉合電路歐姆定律U=E-Ir可知，圖線1表示的是電源的U-I關(guān)系，可通過縱軸截距和斜率來求出電動勢和內(nèi)阻值．
2、測量干電池組的電動勢E及內(nèi)電阻r的實(shí)驗(yàn)原理是全電路歐姆定律E=U+Ir，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可得出合理的實(shí)驗(yàn)步驟．

解答 解：（1）電阻的伏安特性曲線的斜率等于電阻的阻值；則有：
R₀=4.0Ω；   
當(dāng)外電路電流為零時，V₁所測為電源的電動勢；故電源的伏安特性曲線由縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為電源的電動勢；故電動勢為：E=3.0V；
當(dāng)外電路短路時，電源達(dá)到短路電流；此時，兩電壓表無示數(shù)；電阻R可作為內(nèi)阻處理；
則由閉合電路歐姆定律可知，電阻為：R=$\frac{E}{I}=\frac{3}{0.5}$=6Ω；
則電源的內(nèi)阻為：r=6-4=2.0Ω；
（2）若用一個電壓表進(jìn)行測量，則測量方法為常規(guī)方法；使滑動變阻器短路，得出電流表及電壓表的讀數(shù)；再調(diào)節(jié)滑動變阻器得出兩表的讀數(shù)；由閉合電路歐姆定律即可求得電動勢和內(nèi)電阻；
故實(shí)驗(yàn)步驟為：
①按電路圖連接好電路；
②閉合開關(guān)S，移動滑片P使滑動變阻器短路，測得兩電表讀數(shù)為U₁、I₁；
③移動滑片P使滑動變阻器不短路，測得兩電表讀數(shù)為U₂、I₂；
④整理器材，數(shù)據(jù)處理．
由閉合電路歐姆定律可得：
E=U₁+I₁r
E=U₂+I₂r
聯(lián)立解得：
E=$\frac{{{U_1}{I_2}-{U_2}{I_1}}}{{{I_2}-{I_1}}}$；
r=$\frac{{{U_1}-{U_2}}}{{{I_2}-{I_1}}}$
故答案為：（1）4.0；3.0；2.0；
（2）②移動滑片P使滑動變阻器短路，
③移動滑片P使滑動變阻器不短路
$\frac{{{U_1}{I_2}-{U_2}{I_1}}}{{{I_2}-{I_1}}}$    $\frac{{{U_1}-{U_2}}}{{{I_2}-{I_1}}}$

點(diǎn)評 物理實(shí)驗(yàn)更多的考查設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；而對于我們所不熟悉的實(shí)驗(yàn)，首先要認(rèn)真審題，通過題目中的原理及電路圖一定可以得出實(shí)驗(yàn)的解決方法．