由高考實驗題談“測定電池電動勢和內(nèi)阻”的教學(xué)

從近幾年高考實驗題來看，并沒有照搬課本中的實驗，都是基于原有實驗進(jìn)行改編創(chuàng)新，側(cè)重考查基本原理和基本實驗技能，在平時教學(xué)中在搞清實驗原理實驗方法，儀器使用方法的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生有意識地進(jìn)行創(chuàng)新是很有必要的，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。本文結(jié)合測定電池電動勢和內(nèi)阻實驗及情境變式進(jìn)行深入探討。（關(guān)于伏安測電阻的實驗各種教學(xué)雜志報紙討論得很多，這里就不在涉及，而關(guān)于此實驗的討論較少，電學(xué)實驗又是高考必考實驗，我在教學(xué)中作了初步整理供大家參考。）

1 測定電池的電動勢和內(nèi)阻的基本原理

測定電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗原理是閉合電路的歐姆定律。E=U+Ir如果測出U、I兩組數(shù)據(jù)，就可以解出E和r。為了減小誤差，根據(jù)U=E－Ir多測幾組U和I的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)中的描點作出U－I圖象，圖象為一條直線，這條直線與 U坐標(biāo)軸的交點。表示I=0，屬于斷路，路端電壓即為電源電動勢E，直線與I坐標(biāo)軸的交點為U=0，為短路的情況短路電流I0，r=EI0，可求出電源的內(nèi)阻r。

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2 測定電池的電動勢和內(nèi)阻實驗常見變式

2.1 增加保護(hù)電阻及儀器的選擇

例1 如圖電路測一節(jié)蓄電池的電動勢和內(nèi)阻，因蓄電池的內(nèi)阻非常小，為防止調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用了一個保護(hù)電阻R0，除蓄電池、開關(guān)、導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有：

a.電流表（量程0.6A3A）

b.電壓表(量程 3V15V)

c.定值電阻(阻值1 ，額定功率5W)

d.定值電阻(阻值10 ，額定功率10W)

e.滑動變阻器(阻值范圍：0-10 ，額定電流2A)

f.滑動變阻器（阻值范圍0-200 ，額定電流1A）

請選擇電流表和電壓表的量程，定值電阻和滑動變阻器，選用哪個？

解析 一節(jié)蓄電池電動勢為2V，電壓表量程應(yīng)選3V，定值選擇阻值為1Ω的，若選擇10Ω的則最大電流小于0.2A，安培表不論用哪個量程測量都不太準(zhǔn)確，電路電流最大電流不超過2A，電流表的量程應(yīng)選3A，電壓表電流表讀數(shù)最好在量程的12到13之間，根據(jù)控制最小電流的需要，滑動變阻器最大電阻不超過幾歐？該電路中滑動變阻器應(yīng)選阻值為0-10Ω的，滑動變阻器0-10Ω更易于調(diào)節(jié)在幾歐范圍的變化，且滑動變阻器0-200Ω，額定電流也不符合要求。

2.2 無電壓表或電壓表不適合的情況

無電壓表情況可由電阻箱和電流表配合，如圖：

E=IR+Ir 實質(zhì)是用IR代替了原來的路端電壓U。

電壓表如果不適合，可想到電壓表的改裝，或電流表改裝為電壓表。

例2 在測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中有下列器材：

a.干電池（E約為1.5V，內(nèi)阻約為1.0Ω）

b.電壓表V（0-15V）

c.電流表A（0-0.6A，內(nèi)阻0.1Ω）

d.電流表G（滿偏電流3mA，內(nèi)阻Rg=10Ω）

e.滑動變阻器R1（0-10Ω，10A）

f.滑動變阻器R2（0-100Ω，1A）

g.定值電阻R3=990Ω

h.開關(guān)、導(dǎo)線若干

為了方便準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，請選擇相關(guān)器材，并畫出電路。

解析 顯然電壓表量程太大不適合本次實驗要求，本題提供了電流表和定值電阻（電阻箱也可以），可用電流表和定值電阻改裝為電壓表，如圖：

2.3 無電流表或電流表量程不適合

無電流表情況下可考慮用電阻箱和電壓表來測量，如圖：

E=U+URr 實質(zhì)用UR代替原來的I

例3 測量兩節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組的電動勢，E和內(nèi)阻r（幾歐）有下列器材：

a.電阻箱R1（0-9999Ω）

b.電流表G（滿偏3mA，內(nèi)阻Rg=10Ω）

c.電阻箱R2（0-9999）

d.開關(guān)、導(dǎo)線若干

解析 很顯然該題中電流表量程太小，若用例2進(jìn)行測量，路端電壓變化太小，描點作圖時數(shù)據(jù)點太密集，誤差太大可以考慮將電流表G和電阻改裝為量程為3V的電壓表如圖。

2.4 將實驗題和電路計算相結(jié)合

根據(jù)閉合電路歐姆定律，列方和求解。

例4 （2005年高考題）測量電源的電動勢E及內(nèi)阻r （E約為4.5V，r 約為1.5Ω）

器材 量程3V的理想電壓表，量程0.5A的電流表（具有一定內(nèi)阻），固定電阻R=4Ω，滑動變阻器R0開關(guān)S、導(dǎo)線若干。

（1）畫出實驗電路原理圖，圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出。

（2）實驗中，當(dāng)電流表讀數(shù)表讀數(shù)為I1時，電壓表讀數(shù)為V1；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時，電壓表讀數(shù)為V2，則可求出E=_______;r=__________。（用I1、I2、U1、U2及R表示）

解析 該題與課本實驗的區(qū)別是電源電動勢大于理想電壓表的量程，題目中提供了一個阻值不大的固定電阻，這就很容易把情景變式題“遷移”到學(xué)過的實驗上，把固定電阻接在電源的旁邊，把它看成電源的內(nèi)阻，如圖連接電路，“路端”電壓減小，通過計算電壓表所測量的“外電壓”符合量程要求。

實驗如圖所示：

E=U1+I1（R+r）

E=U1+I2（R+r）

E=I1U2-I2U1I1-I2，r=U2-U1I1-I2 -R

高考中，實驗命題的不再局限課本，利用規(guī)定的實驗原理、方法、器材重新組合實驗考題，同時編制簡單的設(shè)計性的實驗來考查獨立解決問題的能力和遷移能力，有效地防止了一些學(xué)生不理解實驗原理，不認(rèn)真操作，而是“背”實驗的現(xiàn)象發(fā)生，在教學(xué)中，要求學(xué)生必須掌握好物理實驗的基本原理和基本技能，并能總結(jié)實驗過程中應(yīng)用到物理思想和實驗方法，對每一個實驗進(jìn)行一系列的創(chuàng)新變化，提高學(xué)生實驗考題的分析能力、解決能力。