Question

如图甲是“测电池的电动势和内阻”的实验电路，如果采用新电池进行实验，实验时会发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时，电压表______，原因是：______，从而影响测量值的精确性．为了较精确地测量一节新电池的内阻，可用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材：量程3V的理想电压表V，量程0.6A的电流表A（具有一定内阻），定值电阻R（R=1.50Ω），滑动变阻器R₁（0～10Ω），滑动变阻器R₂（0～200Ω），开关S．
（1）实验电路原理图如图乙，加接电阻R有两方面的作用，一是方便实验操作和数据测量，二是______．
（2）为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用______（填R₁或 R₂）．
（3）用笔画线代替导线在图丙中完成实物连接图．
（4）实验中，改变滑动变阻器的阻值，测出当电流表读数为I₁时，电压表读数为U₁；当电流表读数为I₂时，电压表读数为U₂．则新电池内阻的表达式r=______．（用I₁、I₂、U₁、U₂和R表示）
（5）处理实验数据时，测出两组U、I值，便可计算出电池的电动势和内阻，这样做虽然简单，但误差可能较大．处理数据时如何减少实验误差，请你提出一个处理方法：

Answer 1

【答案】分析：（0）作出电源的U-I图象，根据闭合电路欧姆定律分析可知，图象的斜率等于电源的内阻，再分析电压表读数变化不明显的原因；
（1）加接电阻R，起保护作用，限制电流，防止电池被短路或电流表被烧坏；
（2）由于电流表与电压表的读数在刻度盘中超过一半，读数的相对误差较小，则要求电路中电流较大，在确保安全的前提下，可选择阻值较小的变阻器；
（3）对照电路图连线即可；
（4）根据闭合电路欧姆定律列方程组后联立求解，可求出新电池的内阻的表达式；
（5）多次测量取平均．
解答：解：作出电源的U-I图象，根据闭合电路欧姆定律分析可知，图象的斜率等于电源的内阻，如图，图线1的斜率小于图线2的斜率，则对应的电源的内阻图线1的较小，由图可以看出，图线1电压随电流变化较慢．本实验中发现电压表读数变化不明显，原因是：电源内阻很小．

（1）加接电阻R，起保护作用，限制电流，防止变阻器电阻过小时，电池被短路或电流表被烧坏；
（2）滑动变阻器应选用R₁．因为R₁的总电阻较小，使电路中电流较大，电流表指针能在刻度盘中央附近，测量误差较小；
（3）对照电路图连线，如图所示：

（4）根据闭合电路欧姆定律，有：
E=U₁+I₁（r+R）
E=U₂+I₂（r+R）
联立解得：；
（5）可采用多次测量取平均的方法，故可以尽可能多测几组U、I值，分别求出每组的E、r值，最后求平均值（或作U-I 图象利用图线在坐标轴上截距求出E、r）．
故答案为：电压表读数变化很小，新电池的内阻很小，内电路的电压降很小．
（1）防止变阻器电阻过小时，电池被短路或电流表被烧坏（或限制电流，防止电源短路）；
（2）R₁；
（3）如图所示；
（4）；
（5）尽可能多测几组U、I值，分别求出每组的E、r值，最后求平均值（或作U-I 图象利用图线在坐标轴上截距求出E、r）．
点评：本题根据闭合电路欧姆定律，用伏安法可测量电源的电动势和内阻，定值电阻R起保护作用，采用公式法处理数据．