Question

7．某课题研究小组的同学收集了数码相机、手机等用旧了的各种类型的电池及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等元件．现从这些材料中选取两个待测元件：一是定值电阻R₀（约为2kΩ），二是手机中常用的锂电池（电动势E标称值为3.7V，允许最大放电电流为100mA），另外在操作台上还准备了如下所列的实验器材：
A．电压表V（量程4V，电阻R_V约为4.0kΩ）
B．电流表A₁（量程100mA，电阻R_A1约5Ω）
C．电流表A₂（量程2mA，电阻R_A2约50Ω）
D．滑动变阻器R₁（0～40Ω，额定电流1A）
E．电阻箱R₂（0～999.9Ω）
F．开关一只、导线若干

（1）为了测量定值电阻R₀的阻值，小组的一位成员设计了如图1所示的电路图，所选取的相应器材（电源用待测的锂电池）均标在了图上，在其设计的电路或器材选取中仅有一处不妥，你认为是哪一处，请写在下列横线上：用A₂替换A₁．
（2）①（在实际操作过程中，发现滑动变阻器R₁、电流表A₁、A₂均已损坏，现要用余下的器材测量锂电池的电动势E和内电阻r，请在如图2方框中画出你所设计的测量电路（电路要标明相应的器材）；
②为了便于分析，一般采用线性图象处理实验数据，请在下列横线上写出与线性图象对应的相关物理量间的函数关系式：$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$（1+$\frac{r}{{R}_{2}}$）．

Answer 1

分析 （1）由欧姆定律求出通过待测电阻的最大电流，然后根据该电流确定电流表的量程，选择实验器材．
（2）只有待测电池、电阻箱、电压表，可以用伏阻法测电池的电动势与内阻，根据实验原理作出实验电路图；
由闭合电路的欧姆定律列方程，然后找出具有线性关系的量，并写出函数关系式．

解答 解：（1）流过R₀的最大电流约为：
I_max=$\frac{E}{{R}_{0}}$=$\frac{3.7}{2000}$A=1.85×10^-3A=1.85mA＜2mA，
电流表应使用：电流表A₂（量程2mA，电阻R_A2约50Ω），
因为使用电流表A₁时，电表示数太小，读数误差较大．
（2）①实验器材只有电压表与电阻箱，因此可以用伏阻法测电池的电动势与内阻，实验电路图如图所示．
②由闭合电路欧姆定律得：
E=U+Ir=U+$\frac{U}{{R}_{2}}$r，
整理得：$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$+$\frac{r}{E}$•$\frac{1}{{R}_{2}}$=$\frac{1}{E}$（1+$\frac{r}{{R}_{2}}$），
即：$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$（1+$\frac{r}{{R}_{2}}$），
由此可见，$\frac{1}{U}$与1$\frac{1}{E}$成正比，
可以作$\frac{1}{U}$-$\frac{1}{E}$图象，
函数关系式是：$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$（1+$\frac{r}{{R}_{2}}$）
故答案为：（1）电流表应使用A₂，用A₂替换A₁；
（2）①电路图如图所示；②$\frac{1}{U}$=$\frac{1}{E}$（1+$\frac{r}{{R}_{2}}$）

点评 本题考查了实验器材的选择、设计实验电路图、实验数据分析等问题；选择实验器材时，既要保证安全，又要注意测量精度，要注意实验器材量程的选择．