在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知 。
( 1 )按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整 。
( 2 )实验操作步骤如下:
① 将滑动变阻器滑到最左端位置
② 接法 Ⅰ :单刀双掷开关 S 与 1 接通,闭合开关 ,调节滑动变阻器 R ,记录下若干组数据
的值,断开开关
③ 将滑动变阻器滑到最左端位置
④ 接法 Ⅱ :单刀双掷开关 S 与 2 闭合,闭合开关 ,调节滑动变阻器 R ,记录下若干组数据
的值,断开开关
⑤ 分别作出两种情况所对应的 和
图像
( 3 )单刀双掷开关接 1 时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时 V 。
( 4 )根据测得数据,作出 和
图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势
V ,内阻
Ω 。(结果均保留两位小数)
( 5 )由图丁可知 (填 “ 接法 Ⅰ” 或 “ 接法 Ⅱ” )测得的电源内阻更接近真实值。
( 6 )综合考虑,若只能选择一种接法,应选择 (填 “ 接法 Ⅰ” 或 “ 接法 Ⅱ” )测量更合适。
见解析 1.30 1.80 2.50 接法 Ⅱ 接法 Ⅱ
【详解】( 1 ) [1] 根据图甲所示的电路图,实物连接如图所示
( 3 ) [2] 量程为 的电压表分度值为
,需要估读到分度值的下一位,由图丙可知电压表读数为
( 4 ) [3] 当单刀双掷开关接 1 时,电流表示数为零时,电压表测量准确,故电动势为 的纵轴截距,则有
[4] 当单刀双掷开关接 2 时,电压表示数为零时,电流表测量准确,由 图像可知此时电路电流为
,根据闭合电路欧姆定律可知
解得内阻为
( 5 ) [5] 由图丁可知 图像的斜率为
解得
由图丁可知 图像的斜率为
解得
可得
故接法 Ⅱ 测得的电源内阻更接近真实值。
( 6 ) [6] 由电路图可知接法 Ⅰ 的误差来源是电流表的分压,接法 Ⅱ 的误差来源是电压表的分流,由于电源内阻较小,远小于电压表内阻,结合( 5 )问分析可知,若只能选择一种接法,应选择接法 Ⅱ 更合适。
电动势:
是反映电源把其他形式能转化为电能本领大小的物理量。例如一节干电池的电动势E=15V,物理意义是指:电路闭合后,电流通过电源,每通过1C的电荷,干电池就把15J的化学能转化为电能。
电动势与电势差的比较:
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实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有:
干电池一节(电动势约1.5 V,内阻小于1 Ω);
电压表V (量程3 V,内阻约3 kΩ);
电流表A (量程0.6 A,内阻约1 Ω);
滑动变阻器R (最大阻值为20 Ω);
定值电阻R1 (阻值2 Ω);
定值电阻R2 (阻值5 Ω);
开关一个,导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是_____。(单选,填正确答案标号)
A.电压表分流
B.干电池内阻较小
C.滑动变阻器最大阻值较小
D.电流 表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数据如下表所示。
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
I/A | 0.08 | 0.14 | 0.20 | 0.26 | 0.32 | 0.36 | 0.40 |
U/V | 1.35 | 1.20 | 1.05 | 0.88 | 0.73 | 0.71 | 0.52 |
请根据实验数据,回答以下问题:
①答题卡的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在答题卡的坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像________。
②根据实验数据可知,所选的定值电阻为_____ (填“R1”或“R2”)。
③用笔画线代替导线,请在答题卡上按照改进后的方案,将实物图连接成完整电路____________。