高中 | 测量电源的电动势和内阻 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.10 实验:测定电池的电动势和内阻

测量电源的电动势和内阻

甲、乙、丙三位同学协作测定某电池的电动势和内阻的实验。他们设计的电路原理如图$1$,其中$R$为电阻箱,$R_{0}$为保护电阻,阻值$R_{0}=5.0\;\rm \Omega$,电流表$\rm A$的内阻不计。他们改变 $R$的阻值,记下多组$R$和电流表示数$I$。甲同学以$IR$作纵坐标,以$I$作横坐标,作图处理数据;乙同学$I(R+R_{0})$为纵坐标,以$I$为横坐标处理数据,他们在同一张坐标纸上画出的图如图$2$所示。

由图 $2$ 可知,甲同学绘制的是图线                 (填“$a$”或“$b$”),由该图线得到的电源电动势为                 $\;\rm V$,内阻为                 $\;\rm \Omega$

[["$a$","$1.5$","$10$"]]

甲同学以$IR$作纵坐标,根据闭合电路欧姆定律得$IR=E-I(r+R_{0})$

乙同学以$I(R+R_{0})$为纵坐标,根据闭合电路欧姆定律得$I(R+R_{0})=E-Ir$

可得甲同学的图线的斜率的绝对值更大,所以甲同学绘制的是图线$a$。该图线的截距表示电动势,斜率绝对值表示$r+R_{0}$,所以有$E=1.5{\;\rm V}$

$r+R_{0}=\dfrac{1.5}{100 \times 10^{- 3}}\;\rm \Omega=15\;\rm \Omega$

解得内阻为$r=15{\;\rm \Omega}−R_{0}=15\;\rm \Omega−5.0\;\rm \Omega=10\;\rm \Omega$

丙同学打算以$\dfrac{1}{I}$为纵坐标,以$R$作横坐标,请根据($1$)中计算的结果将丙所作图$I$线在图$3$中画出。

[["

见解析

"]]

丙同学以$\dfrac{1}{I}$为纵坐标,以$R$作横坐标,根据闭合电路欧姆定律得$\dfrac{E}{I}=R+r+R_{0}$

整理得$\dfrac{1}{I}=\dfrac{1}{E}R+\dfrac{r+R_{0}}{E}$

则该图线的斜率、纵轴截距分别为$k=\dfrac{1}{E}=\dfrac{1}{1.5}\ \text{V}^{- 1}=\dfrac{2}{3}\ \text{V}^{- 1}$

$b=\dfrac{r+R_{0}}{E}=\dfrac{15}{1.5}\ \text{A}^{- 1}=10\;\rm \text{A}^{- 1}$

则可画出图线为图

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