题目内容

16.为了测得一干电池的电动势和内阻,实验室提供了下列器材:
A.待测电池组(电动势E约为3V,内阻r不超过2.5Ω);
B.电流表(量程0~0.6A,内阻小于1Ω);
C.电阻箱(0~99.99Ω);
D.滑动变阻器(0~10Ω);
E.单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干.
考虑到干电池组的内阻较小,电流表的内阻不能忽略,他设计了如图甲所示的实验电路.

(1)该同学先测电流表的内阻:
①将开关S断开,滑动变阻器的阻值调到最大,开关K闭合,调节滑动变阻器的滑片P,使电流表A满偏;
②将开关S接通C,保持滑动变阻器阻值不变,调节电阻箱阻值,使电流表A半偏,记下电阻箱的阻值为0.3Ω;
③由以上操作可知电流表的内阻为0.3Ω.
(2)该同学再测干电池组的电动势和内阻:
①将开关K断开,电阻箱的阻值调至最大,将开关S接通D;
②调节电阻箱的阻值R,使电流表A有足够示数,改变R的值,测出几组I和R;
③图乙是根据实验数据绘出的$\frac{1}{I}$-R图象,由此可得待测干电池组的电动势E=2.86V,内阻r=2.62Ω.(计算结果均保留三位有效数字)

分析 (1)根据半偏法测电流表内阻的实验原理分析答题.明确半偏法测量原理即可解答;
(2)分析电流与电阻的关系,由闭合电路欧姆定律可得出符合本实验的公式,再结合图象的性质利用函数关系即可求得电动势和内电阻.

解答 解:(1)首先利用半偏法测量电流表内阻,闭合开关K,将开关S置于断开位置,调节滑动变阻器使电流表满偏,再保持滑动触头不动,即滑动变阻器的阻值不变,将开关S置于 C位置,调电阻箱使电流表半偏,测得电阻箱读数为R.
根据半偏法原理可知,电流表的内阻与电阻箱的阻值相等,则电流表的内阻为为0.3Ω;
(2)由(1)可知,电流表内阻:RA=0.3Ω,由图示电路可知,在闭合电路中,电源电动势:E=I(r+R+RA),
则:$\frac{1}{I}$=$\frac{1}{E}$R+$\frac{r+{R}_{A}}{E}$,则可知:$\frac{1}{I}$-R图象的斜率:k=$\frac{1}{E}$,纵轴截距:b=$\frac{r+{R}_{A}}{E}$,电源电动势:E=$\frac{1}{k}$,电源内阻:r=$\frac{b}{K}$-RA.
由图可知,k=$\frac{3.7-0.9}{8.0}$=0.35; b=0.90;
解得:E=2.86V;r=2.62Ω;
故答案为:(1)②滑动变阻器;电阻箱;③0.3;(2)2.86;2.62.

点评 本题考查用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻实验;题目中的难点有二:一是半偏法测电流表内阻学生理解不深;二是有的考生不能正确理解$\frac{1}{I}$-R图象的物理意义,从而无法得出正确的答案.

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