Question

18．某同學設計用伏安法測量一節干電池的電動勢E和內電阻r．除待測干電池外，實驗室可供選擇的主要器材有：
A．電流表G：測量范圍0～10mA，內電阻未知；
B．電流表A：測量范圍0～0.5A，內電阻很小；
C．電阻箱R₀：電阻變化范圍0～999.9Ω，最小精度0.1Ω；
D．滑動變阻器R：電阻變化范圍0～20Ω；
E．開關一個、導線若干．

（1）實驗中，首先需將電流表G改裝成電壓表．該同學采用圖1所示的電路測定電流表G的內阻，其主要實驗步驟如下，請完成步驟中的填空：
①將R₀調到某一設定值，滑動變阻器R的滑動觸頭移到左端（選填“左端”、“右端”或“任意”）位置，然后閉合開關；
②多次改變R₀的大小，反復調節滑動變阻器的滑動觸頭位置，發現當R₀=5.0Ω時，電流表G的示數為10.0mA，電流表A的示數為0.210A，則電流表G的內電阻為100Ω；
（2）用改裝成的電壓表V和電流表A，采用圖2的電路測量電源的電動勢和內電阻．根據電壓表V的示數U與電流表A的示數I，經描點、連線得到U-I圖象如圖3所示．根據圖象可求得該干電池的電動勢E=1.46V；內電阻r=0.920Ω．（保留三位有效數字）．
（3）采用圖2的電路測量電源的電動勢和內電阻，考慮到有系統誤差，那么電動勢的測量值偏小，內電阻的測量值偏小．（選填“偏大”“偏小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）根據電路圖以及實驗安全和準確性原則確定滑片的位置，應用串并聯電路特點與歐姆定律求出G的內阻，求出串聯電阻阻值．
（2）根據電源U-I圖象求出電源電動勢與內阻．
（3）根據圖象法分析實驗誤差現象．

解答 解：（1）①由圖示電路圖可知，滑動變阻器采用分壓接法，為保證電路安全，將R₀調到某一設定值，滑動變阻器R的滑動觸頭移到左端位置，然后閉合開關；
②多次改變R₀的大小，反復調節滑動變阻器的滑動觸頭位置，發現當R₀=5.0Ω時，電流表G的示數為10.0mA，電流表A的示數為0.210A，通過電阻箱的電流：I=0.21-0.01=0.2A，電阻箱兩端電壓，即G兩端電壓：U=IR₀=0.2×5=1V，則電流表G的內電阻為：R_G=$\frac{U}{{I}_{G}}$=$\frac{1}{0.01}$=100Ω；
③把G改裝成量程為2V的電壓表V，串聯電阻阻值：R₀=$\frac{{U}_{V}}{{I}_{G}}$-R_G=$\frac{2}{0.01}$-100=100Ω；
（2）由圖示電源U-I圖象可知，圖象與縱軸 交點坐標值為：1.46，干電池的電動勢E=1.46V；
內電阻r=$\frac{△U}{△I}$=$\frac{1.46-1.0}{0.5}$=0.920Ω；
（3）當外電路短路時，電流的測量值等于真實值，除此之外，由于電壓表的分流作用，電流的測量值小于真實值，電源的U-I圖象如圖所示，由圖象可知，電源電動勢的測量值小于真實值，電源內阻測量值小于真實值．

故答案為：（1）①左端；②100；③100；（2）1.46；0.920．（3）偏小； 偏小．

點評 本題考查了作圖象、求電源電動勢與內阻、實驗誤差分析等問題，應用圖象法處理實驗數據是常用的實驗數據處理方法，要掌握描點法作圖的方法；電源的U-I圖象與縱軸交點坐標值是電源電動勢，圖象斜率的絕對值等于電源內阻；要學會應用圖象法分析實驗誤差的方法．