Question

17．已知太陽能電池組的電動勢約為0.8V，短路電流約為40mA，為了精確地測出它的電動勢和內電阻，可供選擇的儀器有：
（A）電流表：量程0.6A，內阻為R_A=0.150Ω
（B）電流表：量程20mA，內阻為R_B=40.0Ω
（C）電壓表：量程5.0V，內阻為R_V=5.20kΩ
（D）電阻箱：電阻99.9Ω，允許通過的最大電流0.15A
（E）滑動變阻器：電阻20Ω，允許通過的最大電流1.5A
（F）滑動變阻器：電阻200Ω，允許通過的最大電流0.5A以及開關和導線若干．
（1）請從上述儀器中選擇必要的儀器，有BD（用儀器前的字母表示）．
（2）在虛線框內畫出電路圖．
（3）說明要測量的物理量選擇電阻箱的阻值為R₁時，測得電流I₁，選擇電阻箱的阻值為R₂時，測得電流為I₂，并給出計算電動勢和內電阻的公式E=$\frac{{I}_{1}{I}_{2}（{R}_{1}-{R}_{2}）}{{I}_{2}-{I}_{1}}$，r=$\frac{{I}_{1}{R}_{1}-{I}_{2}{R}_{2}}{{I}_{2}-{I}_{1}}-{R}_{A}$．

Answer 1

分析 根據電池組的最大電流，即可選出電流表；由于電壓表的量程為5V，而太陽能電池組的電動勢僅僅0.8V，所以電壓表不可選，應改用電阻箱，使用阻安法來測量電池組的電勢能和內電阻．
測量出兩組數據，寫出閉合電路的歐姆定律的表達式，即可求解電源的電動勢和內電阻．

解答 解：（1）根據電池組的最大電流為40mA，所以電流表要使用量程為20mA的電流表B，
由于電壓表的量程為5V，而太陽能電池組的電動勢僅僅0.8V，所以電壓表不可選，改用電阻箱D．
（2）使用阻安法來測量電池組的電勢能和內電阻，故電路原理圖如圖：
（3）使用阻安法來測量電動勢和內電阻，需要至少測量兩組數據，R₁、R₂為電阻箱的讀數，I₁、I₂為電流表的讀數，R_A為電流表內阻．
根據閉合電路的歐姆定律得：E=I₁（R_A+R₁+r）…①
E=I₂（R_A+R₂+r）…②
聯(lián)立①②解得：E=$\frac{{{I_1}{I_2}（{R_1}-{R_2}）}}{{{I_2}-{I_1}}}$，r=$\frac{{{I_1}{R_1}-{I_2}{R_2}}}{{{I_2}-{I_1}}}-{R_A}$．
故答案為：（1）BD；（2）如圖所示；
（3）選擇電阻箱的阻值為R₁時，測得電流I₁，選擇電阻箱的阻值為R₂時，測得電流為I₂；E=$\frac{{{I_1}{I_2}（{R_1}-{R_2}）}}{{{I_2}-{I_1}}}$r=$\frac{{{I_1}{R_1}-{I_2}{R_2}}}{{{I_2}-{I_1}}}-{R_A}$

點評 本題考查測量電動勢和內阻實驗的探究性實驗，要注意正確分析題目中給出的實驗儀器，找出最佳組合，才能更好地完成實驗．