从2014年高考题分析电源电动势和内阻的测定

韦　娟

(江苏省仪征市陈集中学，江苏　仪征　211408)

从2014年高考题分析电源电动势和内阻的测定

韦娟

(江苏省仪征市陈集中学，江苏仪征211408)

摘要：测定电源电动势和内阻是高中物理的一个重要实验，2014年全国有5套试卷对这个实验做了考查.分析2014年的高考题，找到专家的命题意图，引导学生学会测定电源电动势和内阻的常用方法，从而为高考物理复习提供参考.

关键词：高考物理实验题；电源；电动势；内阻

每年全国各地高考题均要考查学生的实验能力，一般都要考一道电学实验题，电学实验的考点通常分为两类，一类是测电阻，一类是测电源电动势和内阻.现通过对2014年高考试题研究，剖析测电源电动势和内阻的常用方法，领会专家的命题意图，找出测电源电动势和内阻实验试题变化的趋势，从而给高中物理电学实验部分的复习提供参考.

1用电压表和电流表测电源电动势和内阻

根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir，改变外电路电阻R，用电流表和电压表测出两组总电流I1、I2和对应的路端电压U1、U2，即可得到两个方程：E=U1+I1r，E=U2+I2r.解此方程组可得电源的电动势，也可以通过测出的多组U、I值，在U-I图中描点画图像，使U-I图像的直线经过尽可能多的坐标点，并使不在直线上的各坐标点大致均匀地分布在直线的两侧，由U=E-Ir可知，U-I图线与纵轴截距等于电动势E，斜率的绝对值等于内阻r.

在选择电路时候往往有两个电路，一个是电流表相对于电源外接(如图1)，另一是电流表相对于电源内接(如图2)，根据平时的经验和习惯，一般一节干电池的内阻不大，我们选择图1的电路，如果是一个内阻较大的干电池比如水果电池，或者给出电流表的准确值，我们一般选择图2的电路.这类问题有时还要进行误差分析，图1中电压表直接在测电源电动势，由于电源内有电压降，所有E测r真.

上面常规的方法在2014年高考题中出现了4处，分别是：2014年福建卷Ⅰ、北京理综卷、海南物理卷和全国卷，现以北京理综卷中的题目为例进行分析.

例1(2014年北京理综卷)：利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差.

(1) 应该选择的实验电路是图3中的(选项“甲”或“乙”).

(2) 现有电流表(0～0.6A)、开关和导线若干，以及以下器材：

A. 电压表(0～15V)

B. 电压表(0～3V)

C. 滑动变阻器(0～50Ω)

D. 滑动变阻器(0～500Ω)

实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用________.(填相应器材前的字母)

(3) 某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线.

序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480

(4) 根据(3)中表格所画图线可得出干电池的电动势E=________V，内电阻r=________Ω.

(5) 实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化.图3的各示意图中正确反映P-U关系的是_____.

解析:(1) 根据U=E-Ir，测量电源电动势和内阻时，需要测出多组对应的路端电压U和干路电流I，电压表和电流表内阻影响会造成实验误差.电源内阻较小，所以电流表分压影响较大，因此应选择甲电路.

(2) 根据一节干电池的特点很容易选出正确答案为B、C.

(3) 作图让尽可能多的点通过直线，偏离较大的第3点舍去(如图4).

(4) 根据U-I图像，电源的电动势等于纵轴的截距，E=1.5V，内阻为斜率的绝对值，r=0.83Ω.

2用一个电流表和电阻箱或一个电压表和电阻箱测电源电动势和内阻

(1) 用一个电流表和电阻箱

(2) 用一只电压表和一个电阻箱

图6

这是测量电源电动势和内阻的另外一类办法，2014年高考题中出现在新课标全国卷Ⅰ中.

例2(2014年新课标全国卷Ⅰ)：利用如图7所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：

待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9Ω)，电阻R0(阻值为3.0Ω)，电阻R1(阻值为3.0Ω)，电流表A(量程为200mA，内阻为RA=6.0Ω)，开关S.

实验步骤如下：

① 将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；

② 多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻值箱相应的阻值R；

④ 求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.

回答下列问题：

(2) 实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R=3.0Ω时电流表的示数如图8所示，读出数据，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) 在坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k=________A-1Ω-1，截距b=________A-1.

(4) 根据图线求得电源电动势E=________V，内阻r=________Ω.

(2) 电流表每小格表示4mA，因此电流表读数是0.110A，倒数是9.09A-1.

(3) 根据坐标纸上给出的点，画出一条直线(如图9)，得出斜率k=1.0A-1·Ω-1，截距b=6.0A-1.

通过对2014年高考物理中测量电源电动势和内阻试题分析，可以看出：不管所给器材如何变化，其基本原理都是闭合电路欧姆定律.设计的电路通常是两类，即一类是用电压表和电流表，另一类是用电阻箱和一个电流表或者电阻箱和一个电压表.我们在平时的复习中要抓好用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的实验，各类问题中可能还要涉及电表的改装，数据处理时可能还要用图像分析，我们需用闭合电路欧姆定律表示出物理量间关系，弄清图像的物理意义，才能求出结果.总之，抓住测量电源电动势和内阻实验原理是闭合电路欧姆定律这个核心，围绕它进行分析，结合所给的器材，选择恰当的电路，就能顺利解决这类问题.