從2014年高考題分析電源電動勢和內阻的測定

韋　娟

(江蘇省儀征市陳集中學，江蘇　儀征　211408)

從2014年高考題分析電源電動勢和內阻的測定

韋娟

(江蘇省儀征市陳集中學，江蘇儀征211408)

摘要：測定電源電動勢和內阻是高中物理的一個重要實驗，2014年全國有5套試卷對這個實驗做了考查.分析2014年的高考題，找到專家的命題意圖，引導學生學會測定電源電動勢和內阻的常用方法，從而為高考物理復習提供參考.

關鍵詞：高考物理實驗題；電源；電動勢；內阻

每年全國各地高考題均要考查學生的實驗能力，一般都要考一道電學實驗題，電學實驗的考點通常分為兩類，一類是測電阻，一類是測電源電動勢和內阻.現通過對2014年高考試題研究，剖析測電源電動勢和內阻的常用方法，領會專家的命題意圖，找出測電源電動勢和內阻實驗試題變化的趨勢，從而給高中物理電學實驗部分的復習提供參考.

1用電壓表和電流表測電源電動勢和內阻

根據閉合電路歐姆定律E=U+Ir，改變外電路電阻R，用電流表和電壓表測出兩組總電流I1、I2和對應的路端電壓U1、U2，即可得到兩個方程：E=U1+I1r，E=U2+I2r.解此方程組可得電源的電動勢，也可以通過測出的多組U、I值，在U-I圖中描點畫圖像，使U-I圖像的直線經過盡可能多的坐標點，并使不在直線上的各坐標點大致均勻地分布在直線的兩側，由U=E-Ir可知，U-I圖線與縱軸截距等于電動勢E，斜率的絕對值等于內阻r.

在選擇電路時候往往有兩個電路，一個是電流表相對于電源外接(如圖1)，另一是電流表相對于電源內接(如圖2)，根據平時的經驗和習慣，一般一節干電池的內阻不大，我們選擇圖1的電路，如果是一個內阻較大的干電池比如水果電池，或者給出電流表的準確值，我們一般選擇圖2的電路.這類問題有時還要進行誤差分析，圖1中電壓表直接在測電源電動勢，由于電源內有電壓降，所有E測r真.

上面常規的方法在2014年高考題中出現了4處，分別是：2014年福建卷Ⅰ、北京理綜卷、海南物理卷和全國卷，現以北京理綜卷中的題目為例進行分析.

例1(2014年北京理綜卷)：利用電流表和電壓表測定一節干電池的電動勢和內電阻，要求盡量減小實驗誤差.

(1) 應該選擇的實驗電路是圖3中的(選項“甲”或“乙”).

(2) 現有電流表(0～0.6A)、開關和導線若干，以及以下器材：

A. 電壓表(0～15V)

B. 電壓表(0～3V)

C. 滑動變阻器(0～50Ω)

D. 滑動變阻器(0～500Ω)

實驗中電壓表應選用________；滑動變阻器應選用________.(填相應器材前的字母)

(3) 某位同學記錄的6組數據如下表所示，其中5組數據的對應點已經標在圖2的坐標紙上，請標出余下一組數據的對應點，并畫出U-I圖線.

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

(4) 根據(3)中表格所畫圖線可得出干電池的電動勢E=________V，內電阻r=________Ω.

(5) 實驗中，隨著滑動變阻器滑片的移動，電壓表的示數U及干電池的輸出功率P都會發生變化.圖3的各示意圖中正確反映P-U關系的是_____.

解析:(1) 根據U=E-Ir，測量電源電動勢和內阻時，需要測出多組對應的路端電壓U和干路電流I，電壓表和電流表內阻影響會造成實驗誤差.電源內阻較小，所以電流表分壓影響較大，因此應選擇甲電路.

(2) 根據一節干電池的特點很容易選出正確答案為B、C.

(3) 作圖讓盡可能多的點通過直線，偏離較大的第3點舍去(如圖4).

(4) 根據U-I圖像，電源的電動勢等于縱軸的截距，E=1.5V，內阻為斜率的絕對值，r=0.83Ω.

2用一個電流表和電阻箱或一個電壓表和電阻箱測電源電動勢和內阻

(1) 用一個電流表和電阻箱

(2) 用一只電壓表和一個電阻箱

圖6

這是測量電源電動勢和內阻的另外一類辦法，2014年高考題中出現在新課標全國卷Ⅰ中.

例2(2014年新課標全國卷Ⅰ)：利用如圖7所示電路，可以測量電源的電動勢和內阻，所用的實驗器材有：

待測電源，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，內阻為RA=6.0Ω)，開關S.

實驗步驟如下：

① 將電阻箱阻值調到最大，閉合開關S；

② 多次調節電阻箱，記下電流表的示數I和電阻值箱相應的阻值R；

④ 求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b.

回答下列問題：

(2) 實驗得到的部分數據如下表所示，其中電阻R=3.0Ω時電流表的示數如圖8所示，讀出數據，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) 在坐標紙上將所缺數據點補充完整并作圖，根據圖線求得斜率k=________A-1Ω-1，截距b=________A-1.

(4) 根據圖線求得電源電動勢E=________V，內阻r=________Ω.

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

(3) 根據坐標紙上給出的點，畫出一條直線(如圖9)，得出斜率k=1.0A-1·Ω-1，截距b=6.0A-1.

通過對2014年高考物理中測量電源電動勢和內阻試題分析，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.設計的電路通常是兩類，即一類是用電壓表和電流表，另一類是用電阻箱和一個電流表或者電阻箱和一個電壓表.我們在平時的復習中要抓好用電壓表和電流表測量電源電動勢和內阻的實驗，各類問題中可能還要涉及電表的改裝，數據處理時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系，弄清圖像的物理意義，才能求出結果.總之，抓住測量電源電動勢和內阻實驗原理是閉合電路歐姆定律這個核心，圍繞它進行分析，結合所給的器材，選擇恰當的電路，就能順利解決這類問題.