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高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第二章 恒定电流
2.7 闭合电路的欧姆定律
闭合电路的欧姆定律基本问题
因电动汽车充电比燃烧汽油更便宜,故电动汽车更受到市场的欢迎。某兴趣小组为了测量某电动汽车上安装的电池的电动势$E(300\sim 400\;\rm V)$和内阻$r(0\sim 10\;\rm \Omega)$,利用实验室现有器材进行了如下实验。

实验室只有一个量程为$100\;\rm V$、内阻为$R_{\rm V}=5\;\rm k\Omega$的电压表,现把此电压表改装成量程为$400\;\rm V$的电压表,需 (填“串联”或“并联”)一个阻值为$R_{0}=$ $\;\rm k\Omega$的电阻,然后再测量电池的电动势和内阻。
根据电表改装原理可知,将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联较大电阻,根据串联电路电流相等,即$\dfrac{U-U_{\text{V}}}{R_{\text{0}}}= \dfrac{U_{\text{V}}}{R_{\text{V}}}$
解得该串联电阻阻值为$R_{0}=15\;\rm k\Omega$
该兴趣小组将电阻箱$R$和改装后的电压表(电压表的表盘没有改变,示数记为$U$)连接成如图甲所示的电路,来测量该电池的电动势和内阻,根据电阻箱接入电路的阻值$R$和电压表的示数$U$作出$\dfrac{1}{R}- \dfrac{1}{U}$图像,如图乙所示,则该电池的电动势$E=$ $\;\rm V$、内阻$r=$ $\;\rm \Omega$。
根据闭合电路欧姆定律可得$4U=E- \left( \dfrac{4U}{R}+\dfrac{U}{R_{\text{V}}} \right)r$
整理可得$\dfrac{1}{R}=\dfrac{E}{4r} \times \dfrac{1}{U}-\left( \dfrac{1}{r}+\dfrac{1}{4R_{\text{V}}} \right)$
结合图像可得$\dfrac{E}{4r}=\dfrac{\dfrac{1}{9}}{\dfrac{1}{90}}$,$\dfrac{1}{r}+\dfrac{1}{4R_{\text{V}}}=\dfrac{1}{9}$
联立解得$E\approx 360\;\rm V$,$r\approx 9\;\rm \Omega$
由实验可知,电池电动势的测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值;内阻的测量值 (填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
由于电压表内阻已知,理论上可以精确计算出电池电动势及内阻,则在理论上测量值和真实值大小相等。
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