Question

19．現(xiàn)要同時(shí)測電阻R₀的阻值、電源的電動(dòng)勢E及內(nèi)阻r．給定的器材有：兩個(gè)電壓表和電流表，變阻器R₁，電阻箱R₂，待測的定值電阻R₀，兩節(jié)串聯(lián)的電池，開關(guān)S及導(dǎo)線若干．

（1）甲組同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)如圖（a）所示的電路能夠同時(shí)測電阻R₀、電源的電動(dòng)勢及內(nèi)阻．調(diào)節(jié)變阻器，理想電壓表V₁、V₂和電流表A分別測得多組U₁、U₂、I的數(shù)據(jù)，并作出U₁-I和U₂-I，圖（b），并根據(jù)圖線得到電源E的電動(dòng)勢為3V，則內(nèi)阻為2.0Ω．R₀為4.0Ω．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（2）若甲組同學(xué)調(diào)節(jié)圖（a）中變阻器的電阻為某值時(shí)使電壓表V₂讀數(shù)為1.5V后固定不動(dòng)，然后將電阻R₀更換成一只“1.5V 0.9W”的小燈泡，若已知小燈泡的伏安曲線如圖（c），則小燈泡的實(shí)際功率為0.5W．

（3）乙組同學(xué)在使用上述儀器的時(shí)候發(fā)現(xiàn)電流表已壞，不能夠使用，但是，乙組同學(xué)在合理選擇儀器也能夠在同一電路中測出電阻R₀的阻值、電源的電動(dòng)勢E及內(nèi)阻r，請?jiān)趫D（d）方框中畫出乙組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)電路圖．

Answer 1

分析 （1）把電阻R₀看成是電源的等效內(nèi)阻，那么電壓表V₁就可以看成是測量的電源兩端電壓，所以根據(jù)U₁-I求解內(nèi)阻，根據(jù)U₂-I的斜率求解R₀．
（2）根據(jù)串并聯(lián)電路的規(guī)律明確R₁的電阻；從而明確R₀處對應(yīng)的U-I圖線，根據(jù)交點(diǎn)坐標(biāo)明確電壓和電流，從而求解燈泡的實(shí)際功率．
（3）在測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，我們有伏安法，安阻法，伏阻法，沒有了電流表我們可以采用伏阻法，即使用電壓表和電阻箱．

解答 解：（1）把電阻R₀看成是電源的等效內(nèi)阻，那么電壓表V₁就可以看成是測量的電源兩端電壓，
所以根據(jù)U₁-I得U₁=0時(shí)，I=0.5A，由圖可知，電源的電動(dòng)勢E=3V；
所以R₀+r=$\frac{E}{I}$=$\frac{3}{0.5}$=6.0Ω
根據(jù)U₂-I圖象可知得R₀=$\frac{△U}{△I}$=$\frac{2}{0.5}$=4.0Ω
解得：r=2.0Ω
（2）電路中電流為I=$\frac{1.5}{4}$=$\frac{3}{8}$A；R₁兩端的電壓U=E-Ir-U=3-0.75-1.5=0.75V； 則此時(shí)R₁=$\frac{0.75}{\frac{3}{8}}$=2Ω；
則R₀兩端的電壓U′=E-（R₁+r）I=3-（2+2）I=3-4I；燈泡U-I圖象中作出等效輸出電壓的圖象如圖所示；

根據(jù)圖象得交點(diǎn)是U=1V，I=0.5A；說明燈泡的工作電壓為1V，電流為0.5A；
所以燈泡的實(shí)際功率P=UI=1×0.5=0.5W
（3）由于沒有電流表因此我們可以采用伏阻法，即使用電壓表和電阻箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理圖可采用以下兩圖；
設(shè)計(jì)如圖：

故答案為：（1）2.0，4.0
（2）0.5W
（3）如圖所示；

點(diǎn)評 本題考查了學(xué)生對歐姆定律和串聯(lián)特點(diǎn)的掌握和運(yùn)用，本題關(guān)鍵：一是分析電路圖，確認(rèn)電路組成、連接方式、三電表的測量對象，二是能從圖象上得到相關(guān)信息；對于第二問要注意所作的U-I圖象不是電源的輸出特性曲線，而是R₀處的圖象，故應(yīng)先求出R1的電阻值；再將其作為等效內(nèi)阻進(jìn)行處理．