在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论…——2022 高考物理第 12 题答案解析

2022_省自主命题(福建)

2022 福建 第 12 题 解答题 区分题
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12. 在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,

乙

为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知 $R _ { 0 } = 2 \Omega$ 。

(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整


甲

(2)实验操作步骤如下:

①将滑动变阻器滑到最左端位置

②接法Ⅰ:单刀双掷开关S 与1接通,闭合开关 $\mathrm { S } _ { 0 }$ ,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据 $U _ { 1 } - I _ { 1 }$ 的值,断开开关 $\mathrm { S } _ { 0 }$

③将滑动变阻器滑到最左端位置

④接法Ⅱ:单刀双掷开关 S 与 2 闭合,闭合开关 $\mathrm { S } _ { 0 }$ ,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据 $U _ { 2 } - I _ { 2 }$ 的值,断开开关 $\mathrm { S } _ { 0 }$

⑤分别作出两种情况所对应的 $U _ { 1 } - I _ { 1 }$ 和 $U _ { 2 } - I _ { 2 }$ 图像

(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时 $U _ { 1 } =$ \_V。


丙

(4)根据测得数据,作出 $U _ { 1 } - I _ { 1 }$ 和 $U _ { 2 } - I _ { 2 }$ 图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势 $E =$ 内阻r = 。(结果均保留两位小数)


丁

(5)由图丁可知 (填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得 电源内阻更接近真实值。的

(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择 (填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。【答案】 ①. 见解析 ②. 1.30 ③. 1.80 ④. 2.50 ⑤. 接法Ⅱ ⑥. 接法Ⅱ【解析】

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【详解】(1)[1]根据图甲所示的电路图,实物连接如图所示

(3)[2]量程为3V的电压表分度值为0.1V,需要估读到分度值的下一位,由图丙可知电压表读数为U =1.30V

(4)[3]当单刀双掷开关接1时,电流表示数为零时,电压表测量准确,故电动势为 $U _ { 1 } - I _ { 1 }$ 的纵轴截距,则有

$$ E = 1. 8 0 \mathrm{V} $$

[4]当单刀双掷开关接2时,电压表示数为零时,电流表测量准确,由 $U _ { 2 } - I _ { 2 }$ 图像可知此时电路电流为0.40A,根据闭合电路欧姆定律可知

$$ I = \frac {E}{R _ {0} + r} $$

解得内阻为

$$ r = \frac {E}{I} - R _ {0} = \frac {1 . 8 0}{0 . 4 0} \Omega - 2 \Omega = 2. 5 0 \Omega $$

(5)[5]由图丁可知 $U _ { 1 } - I _ { 1 }$ 图像的斜率为

$$ k _ {1} = \frac {1 . 8 0 - 0}{0 . 3 6} \Omega = R _ {0} + r _ {1} $$

解得

$$ r _ {1} = 3. 0 0 \Omega $$

由图丁可知 $U _ { 2 } - I _ { 2 }$ 图像的斜率为

$$ k _ {2} = \frac {1 . 7 0 - 0}{0 . 4 0} \Omega = R _ {0} + r _ {2} $$

解得

$$ r _ {2} = 2. 2 5 \Omega $$

可得

$$ \frac {r _ {1} - r}{r} = \frac {3 . 0 0 - 2 . 5 0}{2 . 5 0} = 0. 2 > \frac {r - r _ {2}}{r} = \frac {2 . 5 0 - 2 . 2 5}{2 . 5 0} = 0. 1 $$

故接法Ⅱ测得的电源内阻更接近真实值。

(6)[6]由电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压,接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流,由于电源内阻较小,远小于电压表内阻,结合(5)问分析可知,若只能选择一种接法,应选择接法Ⅱ更合适。

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