题目内容

4.某同学要测量一节干电池的电动势和内阻,实验室除提供开关S和导线外,有以下器材可供选择:
电压表:V(量程3V,内阻Rv=10kΩ)
电流表:G(量程3mA,内阻RG=59.7Ω)
电流表:A(量程3A,内阻约为0.5Ω)
滑动变阻器:R1(阻值范围0~10Ω,额定电流2A)
R2(阻值范围0~1000Ω,额定电流1A)
定值电阻:R3=0.3Ω  
①为了尽量提高测量精度,请你选取以上合适器材,在虚线框中设计出电路原理图;
②为了能准确地进行测量,同时为了操作方便,实验中应选用滑动变阻器R1(填写器材的符号).
③该同学发利用上述实验原理图测得数据,以电流表度数为横坐标,以电压表度数为纵坐标绘出了如图所示的图线,根据图线可求出电源的电动势E=1.48V,电源的内阻r=0.84Ω(计算结果保留两位有效数字)

分析 ①②根据干电池的电动势和滑动变阻器R1,可估算出电路中电流最小值,从而得出合理的电流表;根据并联电路的特点求解改装后的电流表对应的量程;为方便实验操作,应选最大阻值较小的滑动变阻器;由实验中的原理及实验仪器可以选择合理的电路图;
③根据电流表G读数与改装后电流表读数的关系,由闭合电路欧姆定律求出电源的电动势和内阻.

解答 解:①②一节干电池的电动势约E=3V,为方便实验操作,滑动变阻器应选R1,它的阻值范围是0〜10Ω,
电路中最小电流约为:Imin=$\frac{E}{R}$=$\frac{3}{10}$=0.3A;电流表A的量程是3A,0.3A不到该量程的三分之一,流表量程太大,因此不能用电流表A.
为了扩大电流表的量程,应并联一个小电阻;故应与R3并联;改装后电流表量程:I=Ig+$\frac{{I}_{g}{R}_{g}}{{R}_{3}}$=0.003+$\frac{3×1{0}^{-3}×100}{0.5}$A=0.603A;
由题意可知,电流表用表头进行改装,电压表并联在电源两端;原理图如下图:

③由上可知,改装后电流表的量程是电流表G量程的200倍,图象的纵截距b等于电源的电动势,由图读出电源的电动势为:E=1.48V.
图线的斜率大小k=r,由数学知识知:k=$\frac{1.48-1.06}{2.5×200×1{0}^{-3}}$=0.84,
则电源的内阻为:r=k=0.84Ω
故答案为:①电路如图  
②R1
(3)1.48     0.84

点评 测量电源的电动势和内电阻的实验,采用改装的方式将表头改装为量程较大的电流表,再根据原实验的研究方法进行分析研究,注意数据处理的方法.这是近年高考新的动向,应注意把握.

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