高中物理教学中测电源电动势和内阻方法分析

丘贵福

摘 要：高中物理学的基础就是实验，通过实验探索得出学科中大多数定律，通过大量实验总结、分析各类数据，通过数学分析将其中的数据上升为规律，也就是我们说的定律。同时高考物理考察的学科素养也包括实验能力，因此有必要做好实验教学研究工作。本文中笔者主要分析“测电源的电动势和内电阻”的常见方法，提高学生实验能力。

关键词：高中物理；伏安法；方法分析

中图分类号：G634文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）12-0087-02

一、引言

新课改下对高中物理教学提出新的教学目标与教学理念，这也包括高中物理实验教学方法的目标。分析历年高考实验题目，虽然没有一道源自课本的原题，但既源于教材，又高于教材其中电学实验一直都是考察的重点。如何通过教学设计提高学生实验能力，本文中笔者以“测电源的电动势和内阻”为研究对象，分析如何通过实验提高学生的实验能力，在提高学生实验能力的基础上又使学生的物理成绩有较大的提高。

二、高中物理实验的重要性

物理实验有助于激发高中生的学习兴趣，帮助学生掌握物理知识点与实验技能，促进学生观察能力与动手操作能力的提高，最终形成积极的学习态度与正确的学习方法。结合实际笔者认为物理实验作用主要体现在两方面：

1、可以激发学生学习兴趣。高中生思维活跃，正处于兴趣形成阶段，对新鲜事物充满强烈的好奇心，本身有着极强的求知欲望。物理实验有趣、生动，通过声光色等特点吸引学生关注，激发学生好奇心，进一步激发求知欲望，促使学生产生探究原理的欲望，所以物理实验可以调动学生的学习积极性；

2、另一方面帮助学生形成系统物理概念。物理建立于实验之上，教材中的实验都是科学家无数次论证得出的结论，在物理教学中扮演着重要角色。结合教材内容让学生亲自操作，对实验结果进行验证，进而形成正确完善的实验结论，帮助学生全面掌握物理知识，形成完整的物理概念，促进学生自学能力的提高。

三、测电源的电动势和内阻

测电源的电动势和内阻这一实验是近几年高考的热点，主要考查实验的原理、数据处理、误差分析。考查的的形式也多种多样，如：伏阻法、安阻法、伏安法、伏伏法等均有考查，考查的内容既源于教材，又高于教材，并且以创新型新思维方式呈现。

测电源电动势和内阻的方法较多，本文中主要分析伏安法，其中伏安法如图1（甲）与图1（乙）所示，本研究中将其称为外接法与内接法。

图1 伏安法示意图（左为甲图，右为乙图）

图1（甲）中路端电压为电压表的读数，电流表的读数小于干路电流造成系统误差的出现，当电压表读数越大或Rv越小，电压表分流效果越明显；图1（乙）中电流表的读数为干路电流，电压表的读数小于路段电压产生系统误差，电流表读数越大或RA越大，电流表分压效果越明显，误差越明显。实际中伏安法测电源电动势和内阻的系统误差是什么，如何选择内、外接法呢？

（一）代数法

我们假设电流表与电压表的内阻分别为Rv、RA，电源电动势和内阻真实值分别为E、r，测量值为E/、r/。实际中不考虑电流表与电压表内阻对电路的影响，无论选择何种接法，测出的电流表与电压表的数据为（I1、U1）、（I2、U2），闭合电路后根据欧姆定律得出：

E/=U1+I1·r/（1）

E/=U2+I2·r/（2）

综合（1）和（2）推出：

E/=（U1I2-U2I1）/（I2-I1）；r/=（U1-U2）/（I2-I1）（3）

考虑电流表与电压表内阻对电路的影响，结合闭合电路欧姆定律得出：

外接法：E=U1+（I1+U1/Rv）r（4）

E=U2+（I2+U2/Rv）r（5）

内接法：E=U1+I1（RA+r）（6）

E=U2+I2（RA+r）（7）

综合（3）（4）（5）：r/=Rv·r/（RV+r），E/=RvE/（RV+r）（8）

综合（3）（6）（7）：r/=RA+r，E/=E，

由此我们判断出：

采用外接法时：r/

采用内接法时：r/>r；E/=E

（二）图象法

对图1（甲），由于电压表的读数确实是路端电压，而电流表的读数小于干路电流，在U-I图中，对应同一U值，实验数据点应在真实点的左方，其误差值为ΔI=U/RV，且U越大，ΔI越大；U越小，ΔI越小。当U=0（理想情况）时，ΔI为零，电压表的分流对干路电流无影响，即实验图线与准确图线在横轴上截距相等（图2所示）。（或由（8）式中r

四、实验中需要注意的问题

（一）处理实验数据

“测电源电动势和内阻”实验中处理实验数据时，要重点关注以下问题：

1、读数时按照有效值数字规则进行。受到物理实验特性的影响，分数或根式在实验上是没有意义的，学科上严格要求有效数字。这类问题在游标卡尺与电表读数等实验上表现尤为突出，电流表电压表读数需要根据最小分度要求，自己动手总结规律；

2、列表法处理数据。列表法主要用于检查测量结果的准确性，发现问题且分析问题，寻找其中存在的各种规律与联系，得出相关的经验公式；

3、作图法处理数据。直接根据图线寻找函数关系，明确图线方程，平滑曲线同时具有多次测量取平均值的作用，有时可以根据凸显发现错误。

（二）选择合适器材

学生选择不同的实验方法，需要在选择合适电学实验器材的基础上，选择合理的滑动变阻器、电压表及电流表等，这个选择过程可以强化学生对器材的理解与印象；滑动变阻器使用方便但阻值不能确定；变阻箱是典型的已知电阻值的可变电阻；理想电流表不存在电阻，电路中直接认作短路处理；理想电压表阻值无限大，电路中认作断路处理。

五、结语

总而言之，物理学作为一门以实验为基础的应用型学科，其发展与研究都离不开实验。所以物理教学中重视物理实验，教师有意识培养学生发现问题、提出问题及解决问题的能力。实际教学中通过实验加深学生对物理规律的理解，促进学生实验技能提高的同时，又能大幅度地提高物理水平。

（作者单位：福建省长汀县第二中学）

参考文献：

[1]甘霖.新高考电学实验复习要点[J].物理教学探讨，2016（10）：134.

[2]李勇.电学实验三步曲[J].学周刊，2011（21）：67-71.

[3]叶新风，范吉清.电学实验演示困境的解决方法——以电器元件的改进为例[J].中国现代教育装备，2012（22）：101-102.