Question

20．用下列器材組成一個(gè)電路，既能測(cè)量出電池組的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，又能描繪出小燈泡的伏安特性曲線．
A．電壓表V₁（量程6V，內(nèi)阻很大）
B．電壓表V₂（量程3V，內(nèi)阻很大）
C．電流表A（量程3A，內(nèi)阻很�。�
D．滑動(dòng)變阻器 （最大阻值10Ω，額定電流4A）
E．小燈泡（額定電流2A，額定功率5W）
F．電池組（電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r）
G．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干

實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)變阻器，多次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)若電壓表V₁的示數(shù)變大，則電壓表V₂的示數(shù)變�。�
（1）請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)電路圖在圖甲的虛線方框中補(bǔ)充完整．
（2）每一次操作后，同時(shí)記錄電流表A、電壓表V₁和電壓表V₂的示數(shù)，組成兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（U₁，I₁）、（U₂，I₁），標(biāo)到I-U坐標(biāo)中，經(jīng)過多次測(cè)量，最后描繪出兩條圖線，如圖乙所示．則電池組的電動(dòng)勢(shì)E=4.5V，內(nèi)阻r=1.0Ω（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（3）I-U坐標(biāo)中畫出的兩條圖線相交在P點(diǎn)（2.0A，2.5V），當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為0Ω時(shí)，電路中才會(huì)出現(xiàn)P點(diǎn)所示的狀態(tài)．

Answer 1

分析 （1）測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓表測(cè)路端電壓，隨滑動(dòng)變阻器接入電路阻值的增大，電壓表示數(shù)增大；燈泡兩端電壓隨滑動(dòng)變阻器阻值增大而減��；根據(jù)電壓表示數(shù)變化確定各電路元件的連接方式，然后作出實(shí)驗(yàn)電路圖．
（2）電源的U-I圖象與縱軸的交點(diǎn)示數(shù)是電源的電動(dòng)勢(shì)，圖象斜率的絕對(duì)值倒數(shù)等于電源內(nèi)阻．
（3）由圖象求出兩圖線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓與電流，然后根據(jù)閉合電路中內(nèi)外電壓的關(guān)系及歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值；

解答 解：（1）伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，電壓表測(cè)路端電壓，電壓表示數(shù)隨滑動(dòng)變阻器接入電路阻值的增大而增大；描繪小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，電流表測(cè)流過燈泡的電流，燈泡兩端電壓隨滑動(dòng)變阻器接入電路電阻的增大而減小；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)，電壓表V₁的示數(shù)增大，則電壓表V₂的示數(shù)減小，則V₁測(cè)路端電壓，V₂測(cè)燈泡兩端電壓，電路圖如圖所示．
（2）電源的I-U圖象是一條傾斜的直線，I-U圖象與橫軸的交點(diǎn)表示電動(dòng)勢(shì)，
由圖象可知，電源電動(dòng)勢(shì)E=4.5V，
圖象斜率的絕對(duì)值倒數(shù)等于電源內(nèi)阻．
電源內(nèi)阻r=$\frac{△U}{△I}=\frac{4.5-2.5}{2.0}$=1.0Ω．
（3）由圖乙所示圖象可知，兩圖象的交點(diǎn)坐標(biāo)，即燈泡電壓U_L=2.5V，此時(shí)電路電流I=2.0A，
電源電動(dòng)勢(shì)E=Ir+U_L+IR_滑，
即4.5V=2.0A×1Ω+2.5V+2.0A×R_滑，
則R_滑=0Ω；
故答案為：（1）如圖所示．（2）4.5，1.0；（3）0

點(diǎn)評(píng) 電源的U-I圖象與縱軸的交點(diǎn)是電動(dòng)勢(shì)，圖象斜率的絕對(duì)值等于電源內(nèi)阻，求電源內(nèi)阻時(shí)要注意看清楚縱軸坐標(biāo)起點(diǎn)數(shù)據(jù)是多少，否則容易出錯(cuò)．