高中物理教學(xué)中測電源電動勢和內(nèi)阻方法分析

丘貴福

摘 要：高中物理學(xué)的基礎(chǔ)就是實驗，通過實驗探索得出學(xué)科中大多數(shù)定律，通過大量實驗總結(jié)、分析各類數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)分析將其中的數(shù)據(jù)上升為規(guī)律，也就是我們說的定律。同時高考物理考察的學(xué)科素養(yǎng)也包括實驗?zāi)芰Γ虼擞斜匾龊脤嶒灲虒W(xué)研究工作。本文中筆者主要分析“測電源的電動勢和內(nèi)電阻”的常見方法，提高學(xué)生實驗?zāi)芰Α?/p>

關(guān)鍵詞：高中物理；伏安法；方法分析

中圖分類號：G634文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2095-9214（2016）12-0087-02

一、引言

新課改下對高中物理教學(xué)提出新的教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)理念，這也包括高中物理實驗教學(xué)方法的目標(biāo)。分析歷年高考實驗題目，雖然沒有一道源自課本的原題，但既源于教材，又高于教材其中電學(xué)實驗一直都是考察的重點。如何通過教學(xué)設(shè)計提高學(xué)生實驗?zāi)芰Γ疚闹泄P者以“測電源的電動勢和內(nèi)阻”為研究對象，分析如何通過實驗提高學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ谔岣邔W(xué)生實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上又使學(xué)生的物理成績有較大的提高。

二、高中物理實驗的重要性

物理實驗有助于激發(fā)高中生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生掌握物理知識點與實驗技能，促進(jìn)學(xué)生觀察能力與動手操作能力的提高，最終形成積極的學(xué)習(xí)態(tài)度與正確的學(xué)習(xí)方法。結(jié)合實際筆者認(rèn)為物理實驗作用主要體現(xiàn)在兩方面：

1、可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。高中生思維活躍，正處于興趣形成階段，對新鮮事物充滿強(qiáng)烈的好奇心，本身有著極強(qiáng)的求知欲望。物理實驗有趣、生動，通過聲光色等特點吸引學(xué)生關(guān)注，激發(fā)學(xué)生好奇心，進(jìn)一步激發(fā)求知欲望，促使學(xué)生產(chǎn)生探究原理的欲望，所以物理實驗可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；

2、另一方面幫助學(xué)生形成系統(tǒng)物理概念。物理建立于實驗之上，教材中的實驗都是科學(xué)家無數(shù)次論證得出的結(jié)論，在物理教學(xué)中扮演著重要角色。結(jié)合教材內(nèi)容讓學(xué)生親自操作，對實驗結(jié)果進(jìn)行驗證，進(jìn)而形成正確完善的實驗結(jié)論，幫助學(xué)生全面掌握物理知識，形成完整的物理概念，促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力的提高。

三、測電源的電動勢和內(nèi)阻

測電源的電動勢和內(nèi)阻這一實驗是近幾年高考的熱點，主要考查實驗的原理、數(shù)據(jù)處理、誤差分析。考查的的形式也多種多樣，如：伏阻法、安阻法、伏安法、伏伏法等均有考查，考查的內(nèi)容既源于教材，又高于教材，并且以創(chuàng)新型新思維方式呈現(xiàn)。

測電源電動勢和內(nèi)阻的方法較多，本文中主要分析伏安法，其中伏安法如圖1（甲）與圖1（乙）所示，本研究中將其稱為外接法與內(nèi)接法。

圖1 伏安法示意圖（左為甲圖，右為乙圖）

圖1（甲）中路端電壓為電壓表的讀數(shù)，電流表的讀數(shù)小于干路電流造成系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)，當(dāng)電壓表讀數(shù)越大或Rv越小，電壓表分流效果越明顯；圖1（乙）中電流表的讀數(shù)為干路電流，電壓表的讀數(shù)小于路段電壓產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，電流表讀數(shù)越大或RA越大，電流表分壓效果越明顯，誤差越明顯。實際中伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差是什么，如何選擇內(nèi)、外接法呢？

（一）代數(shù)法

我們假設(shè)電流表與電壓表的內(nèi)阻分別為Rv、RA，電源電動勢和內(nèi)阻真實值分別為E、r，測量值為E/、r/。實際中不考慮電流表與電壓表內(nèi)阻對電路的影響，無論選擇何種接法，測出的電流表與電壓表的數(shù)據(jù)為（I1、U1）、（I2、U2），閉合電路后根據(jù)歐姆定律得出：

E/=U1+I1·r/（1）

E/=U2+I2·r/（2）

綜合（1）和（2）推出：

E/=（U1I2-U2I1）/（I2-I1）；r/=（U1-U2）/（I2-I1）（3）

考慮電流表與電壓表內(nèi)阻對電路的影響，結(jié)合閉合電路歐姆定律得出：

外接法：E=U1+（I1+U1/Rv）r（4）

E=U2+（I2+U2/Rv）r（5）

內(nèi)接法：E=U1+I1（RA+r）（6）

E=U2+I2（RA+r）（7）

綜合（3）（4）（5）：r/=Rv·r/（RV+r），E/=RvE/（RV+r）（8）

綜合（3）（6）（7）：r/=RA+r，E/=E，

由此我們判斷出：

采用外接法時：r/

采用內(nèi)接法時：r/>r；E/=E

（二）圖象法

對圖1（甲），由于電壓表的讀數(shù)確實是路端電壓，而電流表的讀數(shù)小于干路電流，在U-I圖中，對應(yīng)同一U值，實驗數(shù)據(jù)點應(yīng)在真實點的左方，其誤差值為ΔI=U/RV，且U越大，ΔI越大；U越小，ΔI越小。當(dāng)U=0（理想情況）時，ΔI為零，電壓表的分流對干路電流無影響，即實驗圖線與準(zhǔn)確圖線在橫軸上截距相等（圖2所示）。（或由（8）式中r

四、實驗中需要注意的問題

（一）處理實驗數(shù)據(jù)

“測電源電動勢和內(nèi)阻”實驗中處理實驗數(shù)據(jù)時，要重點關(guān)注以下問題：

1、讀數(shù)時按照有效值數(shù)字規(guī)則進(jìn)行。受到物理實驗特性的影響，分?jǐn)?shù)或根式在實驗上是沒有意義的，學(xué)科上嚴(yán)格要求有效數(shù)字。這類問題在游標(biāo)卡尺與電表讀數(shù)等實驗上表現(xiàn)尤為突出，電流表電壓表讀數(shù)需要根據(jù)最小分度要求，自己動手總結(jié)規(guī)律；

2、列表法處理數(shù)據(jù)。列表法主要用于檢查測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)問題且分析問題，尋找其中存在的各種規(guī)律與聯(lián)系，得出相關(guān)的經(jīng)驗公式；

3、作圖法處理數(shù)據(jù)。直接根據(jù)圖線尋找函數(shù)關(guān)系，明確圖線方程，平滑曲線同時具有多次測量取平均值的作用，有時可以根據(jù)凸顯發(fā)現(xiàn)錯誤。

（二）選擇合適器材

學(xué)生選擇不同的實驗方法，需要在選擇合適電學(xué)實驗器材的基礎(chǔ)上，選擇合理的滑動變阻器、電壓表及電流表等，這個選擇過程可以強(qiáng)化學(xué)生對器材的理解與印象；滑動變阻器使用方便但阻值不能確定；變阻箱是典型的已知電阻值的可變電阻；理想電流表不存在電阻，電路中直接認(rèn)作短路處理；理想電壓表阻值無限大，電路中認(rèn)作斷路處理。

五、結(jié)語

總而言之，物理學(xué)作為一門以實驗為基礎(chǔ)的應(yīng)用型學(xué)科，其發(fā)展與研究都離不開實驗。所以物理教學(xué)中重視物理實驗，教師有意識培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題及解決問題的能力。實際教學(xué)中通過實驗加深學(xué)生對物理規(guī)律的理解，促進(jìn)學(xué)生實驗技能提高的同時，又能大幅度地提高物理水平。

（作者單位：福建省長汀縣第二中學(xué)）

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