(陜西省西安市育才中學(xué)，陜西 西安 710061)

伏安法測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)是高考中的熱點(diǎn)，主要考查對(duì)該實(shí)驗(yàn)原理的理解，涉及實(shí)驗(yàn)步驟和誤差分析，即學(xué)會(huì)用各類圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求出電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，分析電表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響.高考命題不僅局限于教材上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還關(guān)注方法的遷移，考查學(xué)生知識(shí)遷移的能力和創(chuàng)新思維能力，這從2014年全國新課標(biāo)理綜Ⅰ卷第23實(shí)驗(yàn)題可看出，雖然它屬于常規(guī)的用伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，只是將學(xué)生常見的類型進(jìn)行了改編，但增加了電流表內(nèi)阻這一易錯(cuò)點(diǎn)，并且與數(shù)學(xué)相結(jié)合，增加了試題難度.以下系統(tǒng)介紹用伏安法測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法.

1 伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

(1)4種測(cè)量電路

從原理上看，測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻有4種常見電路，如圖1所示，電路(1)、(2)中采用安培表、伏特表和滑動(dòng)變阻器，電路(3)采用伏特表和電阻箱，電路(4)則采用安培表和電阻箱.

圖1

(2)3種計(jì)算關(guān)系

根據(jù)閉合電路歐姆定律，在電路(1)和(2)中，有E=U1+I1r，E=U2+I2r.

在電路(4)中，有E=I1(R1+r)，E=I2(R2+r).

利用每一種電路中的方程組，就可以求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.

(3)3種圖像關(guān)系

在實(shí)驗(yàn)中我們常常利用圖像處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在電路(1)和(2)中利用閉合電路U—I圖線，可以求出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.

圖2

圖3

圖4

(4)2種系統(tǒng)誤差

在(2)和(4)電路中，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值為E′=E，r′=RA+r>r，由于電流表內(nèi)阻相對(duì)電池內(nèi)阻不可忽略，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，在利用伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，通常采用安培表內(nèi)接的電路.

(5)測(cè)電動(dòng)勢(shì)的最簡(jiǎn)方法

圖5

如果只需測(cè)電動(dòng)勢(shì)，用一只內(nèi)阻足夠大、量程適當(dāng)?shù)碾妷罕砑纯?，如圖5所示，將電壓表直接接在電源兩端，其示數(shù)就等于電動(dòng)勢(shì)，即E=U.

(6)提高測(cè)量精確度和保護(hù)電源

圖6

在電源內(nèi)阻較小時(shí)(如一般蓄電池的內(nèi)阻r≈1Ω)，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度和保護(hù)電源，可用一個(gè)定值電阻R0與電源串聯(lián)，如圖6所示.

圖7

2 試題分析

再回到2014新課標(biāo)理綜Ⅰ卷第23題，原題如下：利用如圖7所示的電路可以測(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)，電流表A○(量程為200mA,內(nèi)阻為RA=6.0Ω),開關(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和電阻箱相應(yīng)的阻值R；

④求出直線的斜率k和在縱坐標(biāo)上的截距b.

從此題很容易看出就是對(duì)上面電路(4)的考查，唯一變化的就是增加了一個(gè)保護(hù)電阻和對(duì)內(nèi)阻已知的電流表進(jìn)行了改裝.因此高考中的實(shí)驗(yàn)題源于教材實(shí)驗(yàn)中的原理、方法和器材，但萬變不離其宗，但它一直是學(xué)生“最熟悉的陌生人”.說其“熟悉”，因?yàn)檫@些題目都源于教材；說其“陌生”，因?yàn)檫@些題目又都高于教材，是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的延伸、拓展和創(chuàng)新.這就要求我們?cè)趯?shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，應(yīng)側(cè)重理解實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)思路，力求增加一些探索性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，從教材實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想角度向深層次進(jìn)行挖掘與提升，同時(shí)還需再進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，重溫實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟，歸納實(shí)驗(yàn)的研究方法和共同特點(diǎn)，進(jìn)一步提高學(xué)生自主設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力.