Question

【題目】某探究活動小組自主設計了實驗裝置來測量物體的帶電量．如圖所示的是一個外表面鍍有金屬膜的空心帶電小球，用絕緣絲線懸掛于O點，O點固定一個可測量絲線偏離豎直方向角度θ的量角器，M、N是兩塊相同的、正對著豎直平行放置的金屬板（金屬板間電場可看作勻強電場）．另外還要用到的器材有天平、刻度尺、電壓表、電流表（已知內阻rA=1Ω）、開關、滑動變阻器R及導線若干．已知重力加速度為g．

（1）根據題意回答下列問題：實驗電路如甲圖已接好，在實驗中能夠準確讀出多組相應的電壓表示數U、電流表示數I和絲線偏離豎直方向的角度θ；探究小組同學以電壓U為縱坐標，以tan為橫坐標，建立直角坐標系．通過繪制圖線得到一條傾斜直線（題中未畫出），得出斜率為k．為了求出小球所帶電荷量q，該小組同學還必須測量的物理量有_________、_________（寫出物理量名稱及其符號），則小球的帶電量q=_________（用題目中給出的和測量的物理量符號表示）；

（2）實驗探究過程中，有同學提出用此電路可以測電源電動勢和內阻；通過改變滑動變阻器的位置，從而改變電表的示數，他設計出以電壓U為縱坐標，以電流I為橫坐標，建立直角坐標系，作出U-I圖線如乙圖所示，由此可求得電動勢為E=_________，內阻r的準確測量值為_________．

Answer 1

【答案】 小球的質量m 金屬板間的距離d 2.8V 1Ω

【解析】（1）小球在電場力、拉力以及重力作用下保靜靜止狀態，則可知電場力與拉力的合力等于重力；受力分析如圖所示；

則有：Eq=mgtanθ
根據板間電壓與場強間的關系有：U=Ed；
聯立可得：
則由數學規律可知，畫出的U-tanθ圖象中，圖象的斜率；
則可知 ； 實驗中需要測量的物理量有：小球的質量m；金屬板間距離d
（2）根據閉合電路歐姆定律可知：U=E-Ir
由圖象可知，圖象與縱坐標的交點為電源的電動勢；故E=2.8V；
因電路圖采用相對電源內接法；故圖象的斜率表示內阻與電流表內阻之和，則可知電源內阻與電流表內阻之和 ；
則電源內阻r=r′-rA=2.0-1.0=1.0Ω；