從2014年高考題分析電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)定

韋　娟

(江蘇省儀征市陳集中學(xué)，江蘇　儀征　211408)

從2014年高考題分析電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)定

韋娟

(江蘇省儀征市陳集中學(xué)，江蘇儀征211408)

摘要：測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是高中物理的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，2014年全國(guó)有5套試卷對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)做了考查.分析2014年的高考題，找到專(zhuān)家的命題意圖，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的常用方法，從而為高考物理復(fù)習(xí)提供參考.

關(guān)鍵詞：高考物理實(shí)驗(yàn)題；電源；電動(dòng)勢(shì)；內(nèi)阻

每年全國(guó)各地高考題均要考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，一般都要考一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考點(diǎn)通常分為兩類(lèi)，一類(lèi)是測(cè)電阻，一類(lèi)是測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.現(xiàn)通過(guò)對(duì)2014年高考試題研究，剖析測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的常用方法，領(lǐng)會(huì)專(zhuān)家的命題意圖，找出測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)試題變化的趨勢(shì)，從而給高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)部分的復(fù)習(xí)提供參考.

1用電壓表和電流表測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ir，改變外電路電阻R，用電流表和電壓表測(cè)出兩組總電流I1、I2和對(duì)應(yīng)的路端電壓U1、U2，即可得到兩個(gè)方程：E=U1+I1r，E=U2+I2r.解此方程組可得電源的電動(dòng)勢(shì)，也可以通過(guò)測(cè)出的多組U、I值，在U-I圖中描點(diǎn)畫(huà)圖像，使U-I圖像的直線(xiàn)經(jīng)過(guò)盡可能多的坐標(biāo)點(diǎn)，并使不在直線(xiàn)上的各坐標(biāo)點(diǎn)大致均勻地分布在直線(xiàn)的兩側(cè)，由U=E-Ir可知，U-I圖線(xiàn)與縱軸截距等于電動(dòng)勢(shì)E，斜率的絕對(duì)值等于內(nèi)阻r.

在選擇電路時(shí)候往往有兩個(gè)電路，一個(gè)是電流表相對(duì)于電源外接(如圖1)，另一是電流表相對(duì)于電源內(nèi)接(如圖2)，根據(jù)平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，一般一節(jié)干電池的內(nèi)阻不大，我們選擇圖1的電路，如果是一個(gè)內(nèi)阻較大的干電池比如水果電池，或者給出電流表的準(zhǔn)確值，我們一般選擇圖2的電路.這類(lèi)問(wèn)題有時(shí)還要進(jìn)行誤差分析，圖1中電壓表直接在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)，由于電源內(nèi)有電壓降，所有E測(cè)r真.

上面常規(guī)的方法在2014年高考題中出現(xiàn)了4處，分別是：2014年福建卷Ⅰ、北京理綜卷、海南物理卷和全國(guó)卷，現(xiàn)以北京理綜卷中的題目為例進(jìn)行分析.

例1(2014年北京理綜卷)：利用電流表和電壓表測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差.

(1) 應(yīng)該選擇的實(shí)驗(yàn)電路是圖3中的(選項(xiàng)“甲”或“乙”).

(2) 現(xiàn)有電流表(0～0.6A)、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)若干，以及以下器材：

A. 電壓表(0～15V)

B. 電壓表(0～3V)

C. 滑動(dòng)變阻器(0～50Ω)

D. 滑動(dòng)變阻器(0～500Ω)

實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用________；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________.(填相應(yīng)器材前的字母)

(3) 某位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)如下表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在圖2的坐標(biāo)紙上，請(qǐng)標(biāo)出余下一組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并畫(huà)出U-I圖線(xiàn).

序號(hào)123456電壓U/V1.451.401.301.251.201.10電流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480

(4) 根據(jù)(3)中表格所畫(huà)圖線(xiàn)可得出干電池的電動(dòng)勢(shì)E=________V，內(nèi)電阻r=________Ω.

(5) 實(shí)驗(yàn)中，隨著滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)，電壓表的示數(shù)U及干電池的輸出功率P都會(huì)發(fā)生變化.圖3的各示意圖中正確反映P-U關(guān)系的是_____.

解析:(1) 根據(jù)U=E-Ir，測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，需要測(cè)出多組對(duì)應(yīng)的路端電壓U和干路電流I，電壓表和電流表內(nèi)阻影響會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差.電源內(nèi)阻較小，所以電流表分壓影響較大，因此應(yīng)選擇甲電路.

(2) 根據(jù)一節(jié)干電池的特點(diǎn)很容易選出正確答案為B、C.

(3) 作圖讓盡可能多的點(diǎn)通過(guò)直線(xiàn)，偏離較大的第3點(diǎn)舍去(如圖4).

(4) 根據(jù)U-I圖像，電源的電動(dòng)勢(shì)等于縱軸的截距，E=1.5V，內(nèi)阻為斜率的絕對(duì)值，r=0.83Ω.

2用一個(gè)電流表和電阻箱或一個(gè)電壓表和電阻箱測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

(1) 用一個(gè)電流表和電阻箱

(2) 用一只電壓表和一個(gè)電阻箱

圖6

這是測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的另外一類(lèi)辦法，2014年高考題中出現(xiàn)在新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ中.

例2(2014年新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ)：利用如圖7所示電路，可以測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：

待測(cè)電源，電阻箱R(最大阻值999.9Ω)，電阻R0(阻值為3.0Ω)，電阻R1(阻值為3.0Ω)，電流表A(量程為200mA，內(nèi)阻為RA=6.0Ω)，開(kāi)關(guān)S.

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

① 將電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開(kāi)關(guān)S；

② 多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻值箱相應(yīng)的阻值R；

④ 求出直線(xiàn)的斜率k和在縱軸上的截距b.

回答下列問(wèn)題：

(2) 實(shí)驗(yàn)得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示，其中電阻R=3.0Ω時(shí)電流表的示數(shù)如圖8所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表.答：A=________，B=________.

R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125A0.1000.0910.0840.077I-1/A-16.998.00B10.011.011.913.0

(3) 在坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)充完整并作圖，根據(jù)圖線(xiàn)求得斜率k=________A-1Ω-1，截距b=________A-1.

(4) 根據(jù)圖線(xiàn)求得電源電動(dòng)勢(shì)E=________V，內(nèi)阻r=________Ω.

(2) 電流表每小格表示4mA，因此電流表讀數(shù)是0.110A，倒數(shù)是9.09A-1.

(3) 根據(jù)坐標(biāo)紙上給出的點(diǎn)，畫(huà)出一條直線(xiàn)(如圖9)，得出斜率k=1.0A-1·Ω-1，截距b=6.0A-1.

通過(guò)對(duì)2014年高考物理中測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻試題分析，可以看出：不管所給器材如何變化，其基本原理都是閉合電路歐姆定律.設(shè)計(jì)的電路通常是兩類(lèi)，即一類(lèi)是用電壓表和電流表，另一類(lèi)是用電阻箱和一個(gè)電流表或者電阻箱和一個(gè)電壓表.我們?cè)谄綍r(shí)的復(fù)習(xí)中要抓好用電壓表和電流表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)，各類(lèi)問(wèn)題中可能還要涉及電表的改裝，數(shù)據(jù)處理時(shí)可能還要用圖像分析，我們需用閉合電路歐姆定律表示出物理量間關(guān)系，弄清圖像的物理意義，才能求出結(jié)果.總之，抓住測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理是閉合電路歐姆定律這個(gè)核心，圍繞它進(jìn)行分析，結(jié)合所給的器材，選擇恰當(dāng)?shù)碾娐罚湍茼樌鉀Q這類(lèi)問(wèn)題.