王红同学到实验室做“测定电源电动势和内阻”的实验时,发现实验桌上还有一个定值电阻R0.他设计了如图所示的电路来测量R0的阻值,实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数,并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时,记录了U1、U2、I的一系列值.
(1)他在同一坐标纸上分别作出U1-I、U2-I图线,则所作的直线斜率较大的是______
(2)定值电阻R0的计算表达式是:R0=______ (用测得的物理量表示),若实验中的所有操作和数据处理无错误,实验中测得R0值______(填“大于”、“等于”或“小于”)实际值.
(3)张超同学说:“在王红同学所用的实验器材中,如果知道电流表的内阻rA,就能少用一个电压表测出电动势、内阻以及R0的值.请你在虚线框中画出张超同学设想的电路图,并写出简单实验步骤和E、r、R0三个物理量的计算式.
(1)U1-I图线的斜率绝对值表示电源内阻,U2-I图线的斜率绝对值表示电源内阻和定值电阻R0之和.
所以U2-I图象斜率绝对值大于U1-I图象的斜率绝对值.
(2)根据闭合电路欧姆定律得:定值电阻R0的计算表达式是R0=
,U1-U2 I
若实验中的所有操作和数据处理无错误,电流表示数比R0的实际电流偏小,所以R0的测量值偏大,即实验中测得R0值大于实际值.
(3)电路图:
实验步骤:①按电路图连接好电路;
②闭合开关S,移动滑片P使滑动变阻器短路,测得两电表读数为U1、I1;
③移动滑片P使滑动变阻器不短路,测得两电表读数为U2、I2;
④整理器材,数据处理.
由闭合电路欧姆定律 E=U1+I1r,E=U2+I2r,
由部分电路欧姆定律 U1=I1(R0+rA)
解得计算公式为:
①E=
②rA=U2I1-U1I2 I1-I2
③R0=U2-U1 I1-I2 U1-I1rA I1
故答案为:(1)U2-I的图线.
(2)R0=
,大于;U1-U2 I
(3)电路图:
实验步骤:①按电路图连接好电路;
②闭合开关S,移动滑片P使滑动变阻器短路,测得两电表读数为U1、I1;
③移动滑片P使滑动变阻器不短路,测得两电表读数为U2、I2;
④整理器材,数据处理.
计算公式:
①E=
②rA=U2I1-U1I2 I1-I2
③R0=U2-U1 I1-I2
.U1-I1rA I1