Question

16．某同學(xué)設(shè)計了一個如圖1所示的實驗電路，用以測定電源電動勢和內(nèi)阻，使用的實驗器材為：待測干電池組（電動勢約3V）、電流表（量程0.6A，內(nèi)阻小于1Ω）、電阻箱（0～99.99Ω）、滑動變阻器（0～10Ω）、單刀雙擲開關(guān)、單刀單擲開關(guān)各一個及導(dǎo)線若干．考慮到干電池的內(nèi)阻較小，電流表的內(nèi)阻不能忽略，故先測量電流表的內(nèi)阻．

（1）該同學(xué)測量電流表內(nèi)阻步驟如下：
①斷開單刀雙擲開關(guān)以及開關(guān)K，將滑動變阻器滑片P滑至B端、電阻箱R阻值調(diào)到最大．
②保持單刀雙擲開關(guān)斷開，閉合開關(guān)K，滑動滑片P，使電流表滿偏．
③將單刀雙擲開關(guān)接C觸點（填C或D），保持滑片位置不動，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，直到電流表指針指在刻度盤正中央．
④讀出此時電阻箱R的阻值為0.20Ω，則電流表內(nèi)阻的測量值即為0.20Ω．
⑤以上方法測得的電流表內(nèi)阻比起真實值偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”、“相等”）．
（2）通過控制開關(guān)狀態(tài)，該同學(xué)又進行了電池電動勢和電池內(nèi)阻的測量實驗，他一共記錄了六組電流I和電阻箱R的對應(yīng)數(shù)值，并建立坐標(biāo)系，做出“$\frac{1}{I}$-R”如圖2，由此求出電動勢E=2.8V、內(nèi)阻r=2.2Ω．（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)半偏法測電流表內(nèi)阻的實驗原理分析答題．明確半偏法測量原理，并根據(jù)電路分析實驗誤差；
（2）分析電流與電阻的關(guān)系，由閉合電路歐姆定律可得出符合本實驗的公式，再結(jié)合圖象的性質(zhì)利用函數(shù)關(guān)系即可求得電動勢和內(nèi)電阻．

解答 解：（1）③首先利用半偏法測量電流表內(nèi)阻，閉合開關(guān)K，將開關(guān)S置于斷開位置，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表滿偏，再保持滑動觸頭不動，將開關(guān)S置于 C位置，調(diào)電阻箱使電流表半偏，測得電阻箱讀數(shù)為R．
⑤根據(jù)半偏法原理可知，電阻箱與滑動變阻器并聯(lián)后再與電流表串聯(lián)；此時并聯(lián)部分電阻減小，則電流表分壓增大，流過電流表的電流大于流過電阻箱的電流，故當(dāng)電流表半偏時，此時電阻的阻值小于電流表的阻值；故測量結(jié)果偏小；
（3）由（1）可知，電流表內(nèi)阻：R_A=0.2Ω，由圖示電路可知，在閉合電路中，電源電動勢：E=I（r+R+R_A），
則：$\frac{1}{I}$=$\frac{1}{E}$R+$\frac{r+{R}_{0}}{E}$，則可知：$\frac{1}{I}$-R圖象的斜率：k=$\frac{1}{E}$，縱軸截距：b=$\frac{r+{R}_{0}}{E}$，電源電動勢：E=$\frac{1}{k}$，電源內(nèi)阻：r=$\frac{k}$-R_A．
由圖可知，k=$\frac{3.7-0.9}{8.0}$=0.35；
b=0.9；
解得：E=2.8V；r=2.2Ω
故答案為：（1）③C；⑤偏小；（2）2.8，2.2．

點評 本題考查用電壓表和電流表測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗；題目中的難點有二：一是半偏法測電流表內(nèi)阻學(xué)生理解不深；二是有的考生不能正確理解$\frac{1}{I}$-R圖象的物理意義，從而無法得出正確的答案．