题目内容

6.某实验小组需测量一电源的电动势和内阻,实验室提供的实验器材有:
待测电源(E 大约 3V,r 大约 1.0Ω)
电阻箱 R(最大阻值为 99.9Ω)
电阻 R1(阻值为 5.0Ω)
电阻 R2(阻值为 990Ω)
E电流计  (量程为 2.5mA,内阻为 Rg=10.0Ω)
开关,导线若干.

(1)请在图1虚线框中完成电路图,并将仪器的符号标在图中.
(2)实验中得到了多组电阻箱的阻值 R 和对应的电流计的读数 I,并做出如图2所示的$\frac{1}{I}$-$\frac{1}{R}$关系图象,若已知图象斜率为 k,纵截距为 b,则电源电动势E=$\frac{{R}_{g}+{R}_{2}}{b}$,内阻 r=$\frac{k}{b}$-R1.(要求用测得的物理量和已知物理量的符号表示,电阻 R2的分流作用忽略不计)

分析 (1)明确实验原理,分析给出的仪器从而确定实验的具体方法和实验电路图;
(2)根据闭合电路欧姆定律列式,变形后再结合图象进行分析,从而明确电动势和内阻大小.

解答 解:(1)由给出的仪表可知,本实验只给出了电流表和滑动变阻器,故只能利用电流表和电阻箱R进行实验,若采用电流表与电阻串联的方式,测量范围内较小,故应采用将电流表改装为电压表的方式进行实验,故将R2与G串联后与R并联在电源两端;电路图如图所示;
(2)设电源内阻为r0,等效内阻为r=R1+r0,根据闭合电路欧姆定律可知:
(R2+Rg)I=$\frac{E}{R+r}R$
变形可得:
$\frac{1}{I}$=$\frac{{R}_{2}+{R}_{g}}{E}$+$\frac{{(R}_{2}+{R}_{g})r}{E}×\frac{1}{R}$
则由图可知b=$\frac{{R}_{2}+{R}_{g}}{E}$;
k=$\frac{{R}_{2}+{R}_{g}}{E}r$
解得:E=$\frac{{R}_{g}+{R}_{2}}{b}$;r=$\frac{K}{b}$,则可知,内阻r0=$\frac{K}{b}$-R1;
故答案为:(1)如图所示;(2)$\frac{{R}_{g}+{R}_{2}}{b}$;$\frac{K}{b}$-R1

点评 本题考查测量电动势和内电阻的实验,要注意明确实验原理才能准确设计电路图,同时能根据闭合电路欧姆定律和图象结合进行分析,从而求出对应的电动势和内电阻.

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