Question

20．用下列器材组成一个电路，既能测量出电池组的电动势E和内阻r，又能描绘出小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 （最大阻值10Ω，额定电流4A）
E．小灯泡（额定电流2A，额定功率5W）
F．电池组（电动势E，内阻r）
G．开关一只，导线若干

实验时，调节变阻器，多次测量，发现若电压表V₁的示数变大，则电压表V₂的示数变小．
（1）请将实验电路图在图甲的虚线方框中补充完整．
（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（U₁，I₁）、（U₂，I₁），标到I-U坐标中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图乙所示．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）I-U坐标中画出的两条图线相交在P点（2.0A，2.5V），当滑动变阻器接入电路的阻值为0Ω时，电路中才会出现P点所示的状态．

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，图象斜率的绝对值倒数等于电源内阻．
（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；

解答 解：（1）伏安法测电源电动势与内阻实验中，电压表测路端电压，电压表示数随滑动变阻器接入电路阻值的增大而增大；描绘小灯泡伏安特性曲线实验中，电流表测流过灯泡的电流，灯泡两端电压随滑动变阻器接入电路电阻的增大而减小；调节滑动变阻器时，电压表V₁的示数增大，则电压表V₂的示数减小，则V₁测路端电压，V₂测灯泡两端电压，电路图如图所示．
（2）电源的I-U图象是一条倾斜的直线，I-U图象与横轴的交点表示电动势，
由图象可知，电源电动势E=4.5V，
图象斜率的绝对值倒数等于电源内阻．
电源内阻r=$\frac{△U}{△I}=\frac{4.5-2.5}{2.0}$=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E=Ir+U_L+IR_滑，
即4.5V=2.0A×1Ω+2.5V+2.0A×R_滑，
则R_滑=0Ω；
故答案为：（1）如图所示．（2）4.5，1.0；（3）0

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．