高中物理電學(xué)實驗《測量電源電動勢和內(nèi)阻》教學(xué)的幾點突破

陳翠霞

摘 要： 電學(xué)實驗是物理高考中必考的一個知識點，而《測量電源電動勢和內(nèi)阻》又是電學(xué)實驗中的一大熱點考題。教師在平時的教學(xué)中應(yīng)該特別注意這一實驗的高考考點的滲透。

關(guān)鍵詞： 高中物理 電學(xué)實驗教學(xué) 測量電源電動勢和內(nèi)阻

從近幾年的高考命題看，2014年北京卷、新課標全國卷Ⅰ、福建卷、上海卷、海南卷、全國大綱卷等均出現(xiàn)了這一熱點考題，所以一線教師在平時教學(xué)中應(yīng)該特別注意這一實驗的教學(xué)。以下筆者以自己在這一實驗課的教學(xué)中的幾個重點、熱點內(nèi)容，做一歸納。

一、實驗原理考點

本實驗原理可分為外接法（圖1）和內(nèi)接法（圖2）。

不同于《伏安法測未知電阻》的內(nèi)接法和外接法的判斷，《伏安法測未知電阻》的內(nèi)外接以安培表（即電流表）與待測電阻的連接法為判斷依據(jù)，測大電阻，使用內(nèi)接法，測量值由于電流表的分壓而偏大；小電阻使用外接法，測量值由于電壓表的分流而偏小，用一口訣總結(jié)，即大內(nèi)大、小外小。而《測量電源電動勢和內(nèi)阻》這個實驗中的內(nèi)接法和外接法的判別，則是以電源和安培表的連接為判斷依據(jù)——原因在于電源的內(nèi)阻是這次實驗中的待測電阻。這是教學(xué)中容易引起學(xué)生困惑的一個知識點。

針對這一內(nèi)外接法的考點，出現(xiàn)在實驗原理的選擇上。如常見的兩種選擇——測干電池電動勢和測水果蔬菜電池的電動勢。干電池的內(nèi)阻一般在零點幾歐姆到幾歐姆左右，屬于小電阻，所以在實驗原理上應(yīng)選擇外接法（圖1）；而水果蔬菜電池的內(nèi)阻一般在幾百歐姆左右，屬于大電阻，應(yīng)選擇內(nèi)接法（圖2）。

二、實驗數(shù)據(jù)采集考點（以實驗室實驗干電池為例）

這一項的考點主要出現(xiàn)在電壓、電流表的量程選擇和讀數(shù)上。首先，量程選擇：實驗室中一般采用兩節(jié)干電池串聯(lián)的方法，電動勢可達到3V，考慮到內(nèi)阻的影響，實際輸出電壓小于3V，因此電壓表選擇0～3V量程；電流表有0.6A和3A兩個量程，考慮到電池內(nèi)阻，電流表內(nèi)阻影響，選擇0.6A量程即可。讀數(shù)上電壓電流表的讀數(shù)應(yīng)遵循“逢一退位”的原則，最小刻度是1、0.1、0.01的讀到最小刻度下一位；最小刻度是2、0.2、0.02、5、0.5、0.05的，讀到最小刻度位即可。當然，實驗中采集的點的范圍應(yīng)盡可能大一些，為后文說到的圖像處理服務(wù)。

三、實驗數(shù)據(jù)處理考點

本實驗得到的數(shù)據(jù)記錄下來后，就要進行數(shù)據(jù)處理，從而得到待測電源的電動勢和內(nèi)阻。實驗數(shù)據(jù)處理可分為以下幾種。

1.公式處理法

學(xué)生在實驗之前已學(xué)過閉合電路歐姆定律，所以公式處理法相對學(xué)生容易接受，但是相應(yīng)的誤差也大。設(shè)路端電壓為U，干路電流為I，電源電動勢為E，電源內(nèi)阻為r，則由閉合電路歐姆定律可知，在測量兩次的情況下：

那么在測量六組數(shù)據(jù)的情況下，就可以求出三組的E和r，再求出平均值即可。此為公式法處理數(shù)據(jù)，但考察的頻率不如第二種方法——圖像處理法。

2.圖像處理法

實驗中，將得到的數(shù)據(jù)用U-I圖像處理得到圖形，不僅形象、直觀，更重要的是偶然誤差相對較小。如圖3所示，圖像與縱軸的交點就是電源電動勢，圖像的斜率取絕對值后就是電源的內(nèi)阻。但是，實驗中，由于電源內(nèi)阻太小的影響，不可能測出分布如此均勻的數(shù)據(jù)，因此實際畫出的數(shù)據(jù)如圖甲。這種情況下，為了減小計算誤差，我們又進行了一次處理，處理后的圖形如圖乙所示，可以看到，縱軸的起點不再是零點，而是某一個數(shù)字，這樣處理后考點也隨之而來了。很多學(xué)生在算內(nèi)阻（即圖像斜率）時，沒有注意縱軸起點的變化，導(dǎo)致計算錯誤，而白白失分。另外，補充說明一點，圖像描點上，不建議直接畫點，可用“×”或者橫短豎長的“+”表示實驗數(shù)據(jù)點。

五、滑動變阻器的拓展考點

在本實驗中，滑動變阻器在無特殊說明的情況下采用限流式接法，但近幾年的高考題型中會要求考生采用分壓式的接法，所以這一變化也應(yīng)引起大家的注意。另外近幾年的考題中已不僅僅滿足于課堂考點，還出現(xiàn)了很多拓展考點，如其他測量方法的選擇與誤差分析、計算機仿真測量等，均應(yīng)引起考生及一線教師的注意。