Question

13．某同学用下列器材测定一块手机电池的电动势和内电阻．
电流表A（量程3A，内阻约0.5Ω）；
电压表V（量程15V，内阻约15kΩ）；
滑动变阻器R（0～50Ω，额定电流3A）；
定值电阻R₀=3Ω；
开关S及导线若干．

（1）为减小实验误差，电路图甲中的导线应连接到a（选填“a”或“b”）．
（2）连接好电路闭合S前，滑动变阻器的滑片P应置于d（选填“c”或“d”）端．
（3）根据正确操作，依据得到的电压表和电流表读数，作出对应的U-I图象如图乙所示．由图线可知该电池的电动势E=8.5 V，内电阻r=0.75Ω（结果保留两位有效数字）．
（4）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及电池的输出功率P都会发生变化．图丙的各示意图中正确反映P-U关系的是C．

Answer 1

分析 （1）明确实验原理，知道误差较小的接法为相对电源的电流表外接法；
（2）根据实验安全要求进行分析，从而明确滑片开始时的位置；
（3）根据闭合电路欧姆定律进行分析，由图象即可求解电动势和内电阻；
（4）U为路端电压，P为电源的输出功率，根据电源输出功率的特点可明确对应的图象．

解答 解：（1）因电源内阻较小，与电流表内阻接近，故采用相对电源的内接法误差太大，故应采用相对电源的外接法，故应接a端；
（2）为了让电流由最小值开始调节，开始时滑动变阻器应接入最大电阻，故开始时滑片应在d端；
（3）根据闭合电路欧姆定律可知，U=E-Ir，故图象中的斜率表示内电阻，与纵轴的交点表示电动势，故有：
E=8.5V，
r=$\frac{8.5-4.0}{1.2}$=0.75Ω；
（4）电压表测量路端电压，其示数随滑动变阻器的阻值增大而增大；而当内阻和外阻相等时，电源的输出功率最大；此时输出电压为电动势的一半．外电路断开时，路端电压等于电源的电动势，此时输出功率为零；故符合条件的图象应为C．
故答案为 （1）a；（2）；（3）8.5，0.75；（4）C

点评 本题考查了实验电路选择、仪器的选择以及应用图象法处理实验数据的方法；要注意明确本实验的实验原理，会推导电源输出功率的最大值以及P-R及P-U图象．