Question

某研究小組在做完測量電池組的電動勢E和內阻r與描繪小燈泡的伏安特性曲線后，想用下列器材組裝成一個電路，既能測量出電池組的電動勢E和內阻r，又能同時描繪小燈泡的伏安特性曲線．
A．電壓表V₁（量程6V、內阻很大）
B．電壓表V₂（量程3V、內阻很大）
C．電流表A（量程3A、內阻很小）
D．滑動變阻器R（最大阻值10Ω、額定電流4A）
E．小燈泡（2A、5W）
F．電池組（電動勢E、內阻r）
G．開關一只，導線若干
實驗時，調節滑動變阻器的阻值，多次測量后發現：若電壓表V₁的示數增大，則電壓表V₂的示數減小．
（1）請將設計的實驗電路圖在下方的虛線方框中補充完整．
（2）每一次操作后，同時記錄電流表A、電壓表V₁和電壓表V₂的示數，組成兩個坐標點（I，U₁）、（I，U₂），標到U-I坐標中，經過多次測量，最后描繪出兩條圖線，如下圖所示，則電池組的電動勢E=______V、內阻r=______Ω．（結果保留兩位有效數字）
（3）在U-I坐標中兩條圖線在P點相交，此時滑動變阻器連入電路的阻值應為______Ω，電池組的效率為______（結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

（1）伏安法測電源電動勢與內阻實驗中，電壓表測路端電壓，電壓表示數隨滑動變阻器接入電路阻值的增大而增大；描繪小燈泡伏安特性曲線實驗中，電流表測流過燈泡的電流，燈泡兩端電壓隨滑動變阻器接入電路電阻的增大而減小；調節滑動變阻器時，電壓表V₁的示數增大，則電壓表V₂的示數減小，則測路端電壓，V₂測燈泡兩端電壓，電路圖如圖所示．
（2）電源的U-I圖象是一條傾斜的直線，由圖象可知，電源電動勢E=4.5V，電源內阻
r=

△U

△I

=

4.5V-2.5V

2.0A

=1.0Ω．
（3）由圖乙所示圖象可知，兩圖象的交點坐標，即燈泡電壓U_L=2.5V，此時電路電流I=2.0A，
電源電動勢E=Ir+U_L+IR_滑，即4.5V=2.0A×1Ω+2.5V+2.0A×R_滑，則R_滑=0Ω；
電池組的效率η=

P出

P總

=

UI

EI

=

UL

E

=

2.5

4.5

≈56%．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）4.5；1.0；（3）0；56%．