高中物理电学实验《测量电源电动势和内阻》教学的几点突破

陈翠霞

摘 要： 电学实验是物理高考中必考的一个知识点，而《测量电源电动势和内阻》又是电学实验中的一大热点考题。教师在平时的教学中应该特别注意这一实验的高考考点的渗透。

关键词： 高中物理 电学实验教学 测量电源电动势和内阻

从近几年的高考命题看，2014年北京卷、新课标全国卷Ⅰ、福建卷、上海卷、海南卷、全国大纲卷等均出现了这一热点考题，所以一线教师在平时教学中应该特别注意这一实验的教学。以下笔者以自己在这一实验课的教学中的几个重点、热点内容，做一归纳。

一、实验原理考点

本实验原理可分为外接法（图1）和内接法（图2）。

不同于《伏安法测未知电阻》的内接法和外接法的判断，《伏安法测未知电阻》的内外接以安培表（即电流表）与待测电阻的连接法为判断依据，测大电阻，使用内接法，测量值由于电流表的分压而偏大；小电阻使用外接法，测量值由于电压表的分流而偏小，用一口诀总结，即大内大、小外小。而《测量电源电动势和内阻》这个实验中的内接法和外接法的判别，则是以电源和安培表的连接为判断依据——原因在于电源的内阻是这次实验中的待测电阻。这是教学中容易引起学生困惑的一个知识点。

针对这一内外接法的考点，出现在实验原理的选择上。如常见的两种选择——测干电池电动势和测水果蔬菜电池的电动势。干电池的内阻一般在零点几欧姆到几欧姆左右，属于小电阻，所以在实验原理上应选择外接法（图1）；而水果蔬菜电池的内阻一般在几百欧姆左右，属于大电阻，应选择内接法（图2）。

二、实验数据采集考点（以实验室实验干电池为例）

这一项的考点主要出现在电压、电流表的量程选择和读数上。首先，量程选择：实验室中一般采用两节干电池串联的方法，电动势可达到3V，考虑到内阻的影响，实际输出电压小于3V，因此电压表选择0～3V量程；电流表有0.6A和3A两个量程，考虑到电池内阻，电流表内阻影响，选择0.6A量程即可。读数上电压电流表的读数应遵循“逢一退位”的原则，最小刻度是1、0.1、0.01的读到最小刻度下一位；最小刻度是2、0.2、0.02、5、0.5、0.05的，读到最小刻度位即可。当然，实验中采集的点的范围应尽可能大一些，为后文说到的图像处理服务。

三、实验数据处理考点

本实验得到的数据记录下来后，就要进行数据处理，从而得到待测电源的电动势和内阻。实验数据处理可分为以下几种。

1.公式处理法

学生在实验之前已学过闭合电路欧姆定律，所以公式处理法相对学生容易接受，但是相应的误差也大。设路端电压为U，干路电流为I，电源电动势为E，电源内阻为r，则由闭合电路欧姆定律可知，在测量两次的情况下：

那么在测量六组数据的情况下，就可以求出三组的E和r，再求出平均值即可。此为公式法处理数据，但考察的频率不如第二种方法——图像处理法。

2.图像处理法

实验中，将得到的数据用U-I图像处理得到图形，不仅形象、直观，更重要的是偶然误差相对较小。如图3所示，图像与纵轴的交点就是电源电动势，图像的斜率取绝对值后就是电源的内阻。但是，实验中，由于电源内阻太小的影响，不可能测出分布如此均匀的数据，因此实际画出的数据如图甲。这种情况下，为了减小计算误差，我们又进行了一次处理，处理后的图形如图乙所示，可以看到，纵轴的起点不再是零点，而是某一个数字，这样处理后考点也随之而来了。很多学生在算内阻（即图像斜率）时，没有注意纵轴起点的变化，导致计算错误，而白白失分。另外，补充说明一点，图像描点上，不建议直接画点，可用“×”或者横短竖长的“+”表示实验数据点。

五、滑动变阻器的拓展考点

在本实验中，滑动变阻器在无特殊说明的情况下采用限流式接法，但近几年的高考题型中会要求考生采用分压式的接法，所以这一变化也应引起大家的注意。另外近几年的考题中已不仅仅满足于课堂考点，还出现了很多拓展考点，如其他测量方法的选择与误差分析、计算机仿真测量等，均应引起考生及一线教师的注意。