Question

【题目】某探究活动小组自主设计了实验装置来测量物体的带电量．如图所示的是一个外表面镀有金属膜的空心带电小球，用绝缘丝线悬挂于O点，O点固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度θ的量角器，M、N是两块相同的、正对着竖直平行放置的金属板（金属板间电场可看作匀强电场）．另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电压表、电流表（已知内阻rA=1Ω）、开关、滑动变阻器R及导线若干．已知重力加速度为g．

（1）根据题意回答下列问题：实验电路如甲图已接好，在实验中能够准确读出多组相应的电压表示数U、电流表示数I和丝线偏离竖直方向的角度θ；探究小组同学以电压U为纵坐标，以tan为横坐标，建立直角坐标系．通过绘制图线得到一条倾斜直线（题中未画出），得出斜率为k．为了求出小球所带电荷量q，该小组同学还必须测量的物理量有_________、_________（写出物理量名称及其符号），则小球的带电量q=_________（用题目中给出的和测量的物理量符号表示）；

（2）实验探究过程中，有同学提出用此电路可以测电源电动势和内阻；通过改变滑动变阻器的位置，从而改变电表的示数，他设计出以电压U为纵坐标，以电流I为横坐标，建立直角坐标系，作出U-I图线如乙图所示，由此可求得电动势为E=_________，内阻r的准确测量值为_________．

Answer 1

【答案】 小球的质量m 金属板间的距离d 2.8V 1Ω

【解析】（1）小球在电场力、拉力以及重力作用下保静静止状态，则可知电场力与拉力的合力等于重力；受力分析如图所示；

则有：Eq=mgtanθ
根据板间电压与场强间的关系有：U=Ed；
联立可得：
则由数学规律可知，画出的U-tanθ图象中，图象的斜率；
则可知 ； 实验中需要测量的物理量有：小球的质量m；金属板间距离d
（2）根据闭合电路欧姆定律可知：U=E-Ir
由图象可知，图象与纵坐标的交点为电源的电动势；故E=2.8V；
因电路图采用相对电源内接法；故图象的斜率表示内阻与电流表内阻之和，则可知电源内阻与电流表内阻之和 ；
则电源内阻r=r′-rA=2.0-1.0=1.0Ω；