Question

2．某同學(xué)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)電阻r及電阻R_x的值．
實(shí)驗(yàn)器材有：待測(cè)電源（E、r），待測(cè)電阻R_x，定值電阻R₀=12Ω，電阻箱R（0～99.99Ω），單刀雙擲開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干，電壓傳感器V（量程為-25V～+25V，內(nèi)阻為2MΩ，精度為±0.01V，采集到的電壓通過(guò)數(shù)據(jù)采集器傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)顯示其讀數(shù)，采集器、計(jì)算機(jī)圖中均未畫(huà)出）．
（1）根據(jù)如圖1所示電路，請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線把圖2中的電路元件連接成實(shí)驗(yàn)電路．

（2）先測(cè)電阻R_x的阻值．請(qǐng)將該同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：
①將開(kāi)關(guān)S撥到a，待電路穩(wěn)定后讀出電壓傳感器的讀數(shù)U
②將開(kāi)關(guān)S切換到b，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓傳感器的讀數(shù)仍為U
③讀出電阻箱的阻值R_測(cè)，可得電阻R_x=R_測(cè)．
（3）接著測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)電阻r的值．該同學(xué)的做法是：將S撥到b，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和相對(duì)應(yīng)的電壓傳感器V示數(shù)U，測(cè)得的多組數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)繪出了如圖3所示的$\frac{1}{U}-\frac{1}{R}$圖線，則電源的電動(dòng)勢(shì)E=2V，內(nèi)電阻r=1Ω．

Answer 1

分析 （1）由原理圖可得出對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖；
（2）電壓表內(nèi)阻很大，可以近似看作理想電表，可以根據(jù)串聯(lián)電路的電路知識(shí)可以求出電阻的阻值；
（3）由電阻箱及電壓表可以得出電壓及外電阻，則由閉合電路歐姆定律可求得電動(dòng)勢(shì)和電阻R₂的阻值；

解答 解：（1）根據(jù)給出的原理圖可得出對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖；
（2）當(dāng)電壓表接a時(shí)，電壓表測(cè)R兩端的電壓，當(dāng)接b時(shí)，電壓表測(cè)R₁及R兩端的電壓；如果此時(shí)電壓值仍為U，則說(shuō)明待測(cè)電阻的阻值等于電阻箱的示數(shù)；
（3）由題意可知，此實(shí)驗(yàn)中可測(cè)量出電阻箱的示數(shù)R，而電壓表則出流過(guò)R的電流；由閉合電路歐姆定律可知：
E=$\frac{U}{R}$（R+R₀+r）；變形可得：
$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$+$\frac{{R}_{0}+r}{E}$×$\frac{1}{R}$
 由數(shù)學(xué)知識(shí)可得，$\frac{1}{E}$=0.5；E=2.0V；
$\frac{{R}_{0}+r}{E}$=$\frac{1.8-0.5}{0.2}$=6.5
解得內(nèi)阻r=13-12=10.8Ω；
故答案為：
（1）如圖所示  （2）②調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓傳感器的讀數(shù)仍為U
③電阻R_x=R_測(cè)
（3）2；1．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查，現(xiàn)在不再局限于課本知識(shí)的考查，而應(yīng)根據(jù)原理去分析題意，從而找出合適的解決辦法．