Question

18．某实验小组设计了图甲所示的实验电路，电路中的各个器材元件的参数为：电池组（电动势约6V，内阻r约3Ω）、电流表（量程2.0A，内阻r_A=0.8Ω）、电阻箱R₁（0～99.9Ω）、滑动变阻器R₂（0～Rt）、开关三个及导线若干．他们认为该电路可以用来测电源的电动势、内阻和R₂接入电路的阻值．
（1）利用该电路准确测出R₂接人电路的阻值．主要操作步骤如下：
a．将滑动变阻器滑片调到某位置，闭合S、S₂，断开S_l（选填“S₁”或“S₂”），读出电流表的示数I；
b．闭合S、S₂，断开S₁（填“S₁”或“S₂”），调节电阻箱的电阻值为R时，电流表的示数也为I．此时滑动变阻器接入电路的阻值为R．
（2）利用该电路测出电源电动势和内电阻
①实验步骤是：
a．在闭合开关前，调节电阻R₁或R₂至最大值（选填“最大值”或“最小值”），之后闭合开关S，再闭合S₁（选填“S₁”或“S₂”）；
b．调节电阻R₁（选填“R₁”或“R₂”），得到一系列电阻值和电流的数据；
c．断开开关，整理实验仪器．
②图乙是由实验数据绘出的$\frac{1}{I}$-R图象，图象纵轴截距与电源电动势的乘积代表内电阻和电流表的内阻之和，电源电动势E=6.0V，内阻r=2.8Ω（计算结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）由电路的结构可知测出了R₂接入电路的阻值用的是等值替代法．
（2）实验中采用的是电阻箱和电流表的方式测定电动势和内电阻；根据实验的原理可知应采用的方式；
（3）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）由题意可知，要想测量R₂的阻值；应采用等效替代的方法；即先使流过R₂的电流为I，再使流过R₁的流也为I，则可知，R₁的电阻值即为R₂的阻值；
故实验步骤应为：
a．将滑动变阻器滑片调到某位置，闭合S、S₂断开S₁，读出电流表的示数I；
b．闭合S、S₁，断开 S₂，调节电阻箱的电阻值为R时，电流表的示数也为I．此时滑动变阻器接入电路的阻值为R．
（2）要用电阻箱与电流表结合测量电动势与内阻，则要改变电阻箱的值，则
a．在闭合开关前，调节电阻R₁或R₂至最大值，之后闭合开关S，再闭合 S₁．
b．调节电阻 R₁得到一系列电阻值R和电流I的数据；
（3）由闭合电路欧姆定律可得：E=I（R+R_A+r），即：$\frac{1}{I}$=$\frac{R}{E}+\frac{{R}_{A}+r}{E}$；
由上式可知：图线的斜率是电动势的倒数，图象的斜率为$\frac{1}{E}$=$\frac{1.60-0.6}{6}$=$\frac{1}{6}$，可得E=6.0V
图线在纵轴上的截距是$\frac{{R}_{A}+r}{E}$=0.60　　　
可得；r=2.8Ω；
故答案为：（1）S₂ S_l；S_l S₂； R；
（2）①最大值、S₁、R₁、②6.0，2.8

点评 本题考查测量电动势和内电阻的实验，为探究型实验，要注意根据实验中给出的步骤及方法正确掌握实验原理，应用所学物理规律进行分析及数据处理．