“測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的線(xiàn)性處理

(江蘇省宜興第一中學(xué)，江蘇　宜興　214200)

“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”是高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，也是歷年高考的熱點(diǎn)。與該實(shí)驗(yàn)有關(guān)的各類(lèi)試題中，利用圖像處理數(shù)據(jù)幾乎是必考點(diǎn)，它著重考查應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問(wèn)題的能力。實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在應(yīng)對(duì)該類(lèi)試題時(shí)，常常對(duì)“圖像兩軸的選取”“非線(xiàn)性關(guān)系轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性關(guān)系”等方面存在較大的問(wèn)題。本文就該實(shí)驗(yàn)常規(guī)方案中的線(xiàn)性數(shù)據(jù)處理做一梳理和歸納，以期對(duì)本實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)有所幫助。

1　通法解讀

1.1　實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案較多，但無(wú)論用何種實(shí)驗(yàn)器材或方案，其出發(fā)點(diǎn)都是閉合電路歐姆定律：E=U+Ir，式中E和r表示電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，U和I表示電源的路端電壓和流過(guò)電源的電流。不同方案就是用不同器材測(cè)出數(shù)據(jù)來(lái)表示U和I，從而完成實(shí)驗(yàn)。

1.2　處理方法

物理現(xiàn)象中物理量之間存在著相互制約關(guān)系，它們有的為線(xiàn)性關(guān)系，有的則為非線(xiàn)性關(guān)系。顯然，非線(xiàn)性變化的關(guān)系，其圖線(xiàn)呈現(xiàn)為曲線(xiàn)形狀，只能定性判斷，而難以定量研究。此時(shí)就必須采用“由非線(xiàn)性向線(xiàn)性的轉(zhuǎn)化”的處理方法，將“曲線(xiàn)”轉(zhuǎn)化為“直線(xiàn)”。在本實(shí)驗(yàn)中，具體的做法是：① 利用實(shí)驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)表示出電源的路端電壓和流過(guò)電源的電流，代入公式E=U+Ir中；② 積極尋找本實(shí)驗(yàn)中的自變量和應(yīng)變量，通過(guò)移項(xiàng)、變形等方式，進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，推導(dǎo)出兩個(gè)變量間的線(xiàn)性關(guān)系式；③ 結(jié)合圖像理解表達(dá)式，從中明確斜率、截距的意義。

2　常規(guī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的線(xiàn)性處理

2.1　伏安法

例1:如圖1所示，在忽略?xún)杀韮?nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響下，電壓表測(cè)量的就是電路的路端電壓，電流表測(cè)量的就是電路的總電流。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變電源兩端的電壓U和流過(guò)電源的電流I，利用測(cè)量數(shù)據(jù)作出U-I圖像(如圖2)，不計(jì)電表內(nèi)阻影響，用該圖像中的數(shù)據(jù)求電源的E和r。

圖1

圖2

2.2　安阻法

圖3

圖4

2.3　伏阻法

圖5

圖6

2.4　安安法

例4:如圖7所示，閉合開(kāi)關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記錄多組兩個(gè)電流表的數(shù)據(jù)，繪出的I1-I2圖線(xiàn)如圖8所示(I1為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù))，已知電流表G的內(nèi)阻為Rg，定值電阻為R3，用該圖像中的數(shù)據(jù)求電源的E和r。

圖7

圖8

2.5　伏伏法

例5:如圖9所示，閉合開(kāi)關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記錄多組兩個(gè)電壓表的數(shù)據(jù)，作出的U1-U2圖線(xiàn)如圖10所示(U1為電壓表V1的示數(shù)，U2為電壓表V2的示數(shù))，已知定值電阻為R0，并用該圖像中的數(shù)據(jù)求電源的E和r。

圖9

圖10

3　結(jié)語(yǔ)

正所謂“裝置漸欲迷人眼，掌握方法是關(guān)鍵。”本實(shí)驗(yàn)的方案、電路千變?nèi)f化，但不變的是實(shí)驗(yàn)原理、不變的是“非線(xiàn)性”向“線(xiàn)性”轉(zhuǎn)化的方法。通過(guò)上述幾點(diǎn)教學(xué)嘗試，抓住實(shí)驗(yàn)的處理通法，扣住實(shí)驗(yàn)的靈魂，吸引學(xué)生的課堂注意力，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，學(xué)生一定能突破該難點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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