Question

16．用下列器材组装成一个电路，既能测量出电池组的电动势E和内阻r，又能同时描绘灯泡的伏安特性曲线．
A．电压表V₁（量程6V、内阻很大）   B．电压表V₂（量程3V、内阻很大）
C．电流表A（量程3A、内阻很小）    D．滑动变阻器R（最大阻值10Ω）
E．小灯泡（2A、5W）                F．电池组（电动势E、内阻r）
G．开关一只，导线若干

（1）某同学设计的实验电路图如图1，实验时，调节滑动变阻器的滑动片向右，则电压表V₁的示数变小，则电压表V₂的示数变大．（选填“变大”、“变小”或“不变”）
（2）每一次操作后，同时记录电流表A、电压表V₁和电压表V₂的示数，组成两个坐标点（I，U₁）、（I，U₂），标到U-I坐标中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图2所示，则电池组的电动势E=4.5V、内阻r=1.0Ω．（结果保留两位有效数字）
（3）在U-I坐标中两条图线在P点相交，此时滑动变阻器连入电路的阻值应为0Ω，电池组的效率为56%（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）测电源电动势与内阻实验时，电压表测路端电压，随滑动变阻器接入电路阻值的增大，电压表示数增大；灯泡两端电压随滑动变阻器阻值增大而减小；根据电压表示数变化确定各电路元件的连接方式，然后作出实验电路图．
（2）电源的U-I图象与纵轴的交点示数是电源的电动势，图象斜率的绝对值等于电源内阻．
（3）由图象求出两图线的交点对应的电压与电流，然后根据闭合电路中内外电压的关系及欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值；由图象求出电路电流，然后由P=UI及效率公式求出电池组的效率．

解答 解：（1）由电路图可知，当滑片向右移动时，接入电阻减小，则电流增大；路端电压减小；故电压表V₁的示数减小；灯泡两端的电压增大，故V₂示数增大；
（2）电源的U-I图象是一条倾斜的直线，由图象可知，电源电动势E=4.5V，电源内阻
r=$\frac{△U}{△I}$=$\frac{4.5V-2.5V}{2.0A}$=1.0Ω．
（3）由图乙所示图象可知，两图象的交点坐标，即灯泡电压U_L=2.5V，此时电路电流I=2.0A，
电源电动势为：E=Ir+U_L+IR_滑，即：4.5V=2.0A×1Ω+2.5V+2.0A×R_滑，得：R_滑=0Ω；
电池组的效率η=$\frac{{P}_{出}}{{P}_{总}}$=$\frac{UI}{EI}$=$\frac{{U}_{L}}{E}$=$\frac{2.5}{4.5}$≈56%．
故答案为：（1）变小；变大；（2）4.5；1.0；（3）0；56%

点评 电源的U-I图象与纵轴的交点是电动势，图象斜率的绝对值等于电源内阻，求电源内阻时要注意看清楚纵轴坐标起点数据是多少，否则容易出错．