Question

2．某同学根据提供的实验器材设计了如图1所示的电路测电源电动势E、内电阻r及电阻R_x的值．
实验器材有：待测电源（E、r），待测电阻R_x，定值电阻R₀=12Ω，电阻箱R（0～99.99Ω），单刀双掷开关S，导线若干，电压传感器V（量程为-25V～+25V，内阻为2MΩ，精度为±0.01V，采集到的电压通过数据采集器传输给计算机，由计算机显示其读数，采集器、计算机图中均未画出）．
（1）根据如图1所示电路，请用笔画线代替导线把图2中的电路元件连接成实验电路．

（2）先测电阻R_x的阻值．请将该同学的操作补充完整：
①将开关S拨到a，待电路稳定后读出电压传感器的读数U
②将开关S切换到b，调节电阻箱的阻值，使电压传感器的读数仍为U
③读出电阻箱的阻值R_测，可得电阻R_x=R_测．
（3）接着测量电源的电动势E、内电阻r的值．该同学的做法是：将S拨到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和相对应的电压传感器V示数U，测得的多组数据通过计算机绘出了如图3所示的$\frac{1}{U}-\frac{1}{R}$图线，则电源的电动势E=2V，内电阻r=1Ω．

Answer 1

分析 （1）由原理图可得出对应的实物图；
（2）电压表内阻很大，可以近似看作理想电表，可以根据串联电路的电路知识可以求出电阻的阻值；
（3）由电阻箱及电压表可以得出电压及外电阻，则由闭合电路欧姆定律可求得电动势和电阻R₂的阻值；

解答 解：（1）根据给出的原理图可得出对应的实物图；
（2）当电压表接a时，电压表测R两端的电压，当接b时，电压表测R₁及R两端的电压；如果此时电压值仍为U，则说明待测电阻的阻值等于电阻箱的示数；
（3）由题意可知，此实验中可测量出电阻箱的示数R，而电压表则出流过R的电流；由闭合电路欧姆定律可知：
E=$\frac{U}{R}$（R+R₀+r）；变形可得：
$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$+$\frac{{R}_{0}+r}{E}$×$\frac{1}{R}$
 由数学知识可得，$\frac{1}{E}$=0.5；E=2.0V；
$\frac{{R}_{0}+r}{E}$=$\frac{1.8-0.5}{0.2}$=6.5
解得内阻r=13-12=10.8Ω；
故答案为：
（1）如图所示  （2）②调节电阻箱的阻值，使电压传感器的读数仍为U
③电阻R_x=R_测
（3）2；1．

点评 对于电学实验的考查，现在不再局限于课本知识的考查，而应根据原理去分析题意，从而找出合适的解决办法．