例1 (2009年重庆卷第22(2)题)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。某同学用题22图2所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系。图中R0为已知定值电阻,电压表视为理想电压表。
① 请根据题22图2,用笔画线代替导线将题22图3中的实验器材连接成实验电路。 ② 若电压表V2的读数为U0,则I= V。
③ 实验一:用一定强度的光照射硅光电池,调节滑动变阻器,通过测量得到该电池的U-I曲线a。见题22图4,由此可知电池内阻 (填“是”或“不是”)常数,短路电流为 mA ,电动势为 V。
④ 实验二:减小实验一中光的强度,重复实验,测得U-I曲线b,见题22图4。当滑动变阻器的电阻为某值时,若实验一中的路端电压为1.5V。则实验二中外电路消耗的电功率为 mW(计算结果保留两位有效数字)。
③路端电压U=E-Ir,若r为常数、则U-I图为一条不过原点的直线,由曲线a可知电池内阻不是常数;当U=0时的电流为短路电流、约为295μA=0.295mA;当电流I=0时路端电压等于电源电动势E、约为2.67V;
④实验一中的路端电压为U1=1.5V时电路中电流为I1=0.21mA,连接a中点(0.21mA、1.5V)和坐标原点,此直线为此时对应滑动变阻器阻值的外电路电阻(定值电阻)的U-I图,和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流,如图,电流和电压分别为I=97μA、U=0.7V,则外电路消耗功率为P=UI=0.068 mW。
2.(2009·盘绵打靶卷)某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻,实验室提供的实验器材如下:
A.待测的干电池(电动势约为1.5 V,内电阻约为2 Ω) B.电压表V1(0~2 V,内阻RV1=4 000 Ω) C.电压表V2(0~2 V,内阻RV2约为3 500 Ω) D.电流表A(0~3 A,内阻0.1 Ω) E.电阻箱R1(0~9 999 Ω) F.滑动变阻器R2(0~200 Ω,1A) G.电键和导线若干 该小组根据以上实验器材设计了如图11所示的电路来测量电源的电动势和内阻.
(1)请你根据实验电路补充完整主要的实验步骤: a.闭合电键 ,记下V1的读数U1.
b.闭合电键 ,断开电键 ,记下 .
(2)请你根据以上步骤记录的物理量和已知的物理量写出该干电池的电动势和内阻的表达式:E= ,r= .
(3)在现有器材的条件下,请你选择合适的实验器材,并设计出另一种测量干电池电动势和内阻的方案,在方框中画出实验电路图.
S1和S2 S1 S2 V1的读数U1′ 和V2的读数U2
U1U2U1?U2(U2?1)RV1?U1?U2
8.(2011·南京模拟)某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势(电动势E大
约在9 V左右,内阻r约为50 Ω。)
已知该电池允许输出的最大电流为150 mA,该同学利用如图12所示 图12 的电路进行实验,图中电压表的内阻约为2 kΩ,R为电阻箱,阻值范围0~9999 Ω,R0是定值电阻,起保护电路的作用。
(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格: A.2 Ω C.200 Ω
B.20 Ω D.2000 Ω
本实验应选________(填入相应的字母)作为保护电阻。
(2)在图13的实物图中,已正确地连接了部分电路,请完成余下电路的连接。
图13
(3)该同学完成电路的连接后,闭合开关S,调节电阻箱的阻值,读取电压表的示数,其中电压表的某一次偏转如图14所示,其读数为________。
图14
(4)改变电阻箱阻值,取得多组数据,作出了如图15所示的图线,则根据该同学所作的图线可求得该电池的电动势E为________ V,内阻r为________ Ω。(结果保留两位有效数字)
(5)用该电路测电动势与内阻,测量值和真实值的关系E
测
__________E真,r测__________r真(填“大于”、“小于”或“等于”)。 图15
解析:(1)电路中的电流最大为150 mA,电路中的总电阻最小为Rmin=60 Ω,则保护电阻的最小值为R0=Rmin-r=10 Ω,故应选B。
(2)连接时要注意电压表的量程应该选择15 V的量程,另外连线要画在接线柱上。
EImax
=9 V
=150 mA
(3)读数为6.5 V。 (4)由题意有,U=E-
U11r11
×r,化简后得到U=E+E×,由图知=0时,R0+RR0+RR0+R
r1111
=,E=10 V,图线的斜率为,则r=(UEEU/R0+R)×E=50 Ω。
11r(5)依据U=E+E×11111
可知,当→0时,U=E,而在实验中不可能为零,R0+RR0+RR0+R
111
×r),E小于真实值。根据r=(U/)×E得,求R0+RR0+R
故实验中测得的电动势E=U(1+出的内阻r的值也偏小。
答案:(1)B (2)见解析图 (3)6.5 V (4)10 50 (5)小于 小于
7. 欲将量程为100μA内阻
为500Ω的灵敏电流表改装为量程为1mA的毫安表.
⑴需要给它_____
联一只R=_____Ω的电阻.
⑵需要用一只标准毫安表对改装毫安表进
行校对。校对所用的器材的实物图如下(其中标准毫安表事先已与一只固定电阻串联,以防烧表).校对过程要求通过毫安表的电流能从0连续调到1mA.请按要求在方框中画出校对电路图,并在所给的实物图上连线.
8.某电压表的内阻在20~30kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可用的
器材:⑴待测电压表V(量程3V)⑵电流表A1(量程200μA)⑶电流表A2(量程5mA)⑷电流表A3(量程0.6A)⑸滑动变阻器R(最大阻值1 kΩ)⑹电源E(电动势4V)⑺电键.
所提供的电流表中应选用______.为了尽量减小误差,要求多测几组数据.
试在右边方框中画出符合要求的实验电路图. 7.(1)并 500/9 (2) 变阻器分压电路 8.A1 变阻器分压电路
图7-2-10 图7-2-9
μm【练习5】现有一块59C2型的小量程电流表G(表头),满偏电流为50?A,内阻约为800~850Ω,把它改装成1mA、10mA的两量程电流表,可供选择的器材有: