激活元件融合实验

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1、以“测电源电动势和内阻”实验为例看高考电学试题的交汇性湖北省襄阳市第一中学 蓝坤彦 441000“高考把对能力的考核放在首要位置要通过考核知识及其运用来鉴别考生能力的高低，但不应把某些知识与某种能力简单地对应起来”这一思想在高考试验试题中体现的非常充分，本文以“测电源电动势和内阻”的实验为例，赏析近年高考试题通过对教材中实验仪器的激活，考查学生是否“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”的实验能力一、激活电源 融合多用电表例1（2011年全国卷）（12分）使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源（一般为电池）、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位

2、于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60 mA的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至1挡，调好零点；电阻箱置于适当数值。完成下列填空：仪器连线如图1所示（a和b是多用电表的两个表笔）。若两电表均正常工作，则表笔a为_（填“红”或“黑”）色；若适当调节电阻箱后，图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图2（a）、（b）、（c）所示，则多用电表的读数为_；电流表读数为_mA；电阻箱的读数为_；图2（a）图1图2（b）图2（c） 将图1中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为_mA；(保留3位有效数字)计算得到多用电表内电池的

3、电动势为_V。（保留3位有效数字）解析 （1）依题意，当按图1操作时，两电表均正常工作，结合欧姆表中的电流为红进黑出，知a为黑表笔。（2）14.0 53.0 4.6；（3）（4）测电阻是依据闭合电路欧姆定律, R为调零电阻,为表头内阻，r为欧姆表电池内阻，则多用电表总内阻=R+r，红黑表笔接触,进行欧姆表调零时,表头指针满偏,则有:Ig=E/(Rg+R+r),当红、黑表笔间有未知电阻Rx时有I=E/(Rg+R+r+Rx),故每一个未知电阻都对应一个电流值I,在刻度盘上都有一个偏转角度对应,我们便可在刻度盘对应处,标有Rx的值;当Rx=Rg+R+r时，I=，指针半偏，所以欧姆表内阻等于R中.结合

4、表盘的刻度知电表内阻=15,外阻为R=4.6此时电流为：I=53mA,求出E=I(+R)=1.54V，从而求出短路电流：=102mA二、激活伏特表1.激活伏特表，与传感器融合例1 （2010年上海卷）某同学利用DIS，定值电阻、电阻箱等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图1所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图2所示的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图2中的图线b. 图1图2（1）由图线a可知电池a的电动势=_V，内阻=_（2）若用同一个电阻R先后与电池a及电池b链接，则两电池的输出功率_

5、（填“大于”、“等于”或“小于”），两电池的效率_（填“大于”、“等于”或“小于”）解析 （1）根据闭合电路欧姆定律有，依据题意变形为，根据该式结合图象2中图线a知截距，斜率，所以图线a对应的电池a的电动势，内阻（2）从图象2可知：图线b的截距，斜率，所以图线b对应的电池的电动势，内阻根据以上计算，在同一个U-I图象中，画出电池a和电池b的伏安特性曲线，任作一条电阻R的伏安特性曲线（类似图20），可以看出电池的输出功率小于；电池的效率，由以上计算结论可得大于赏析 本题对电压表进行了两个方面的激活，一是用电压传感器替代电压表，直接把电压信息转化为可视信号，考查了传感器知识；二是把滑动变阻器换成电

6、阻箱与电压传感器一起用伏阻法（电压表和电阻箱）测电源的电动势和内阻在处理数据上，考查了对函数图象的识别，通过实验原理，正确了解函数图象的物理意义，利用函数图象解题的能力，考查了电源的输出功率及效率2.激活伏特表，与电表改装融合图3图4例2 （2009年海南卷）图3是利用两个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻和内阻之和为10000（比r和滑动变阻器的总电阻都大得多），为理想电流表按电路原理图在图4虚线框内各实物图之间画出连线在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至 （填“端”、“中央”或“ 端”）闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置

7、，读出电流表和的示数和多次改变滑动端c的位置，得到的数据为：I1(mA)0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2(mA)48040032023214068在图5所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线利用所得曲线求的电源的电动势E= V，内阻r= （保留两位小数）图5该电路中电源输出的短路电流Im= A解析 略，略，依据题目提供的数据画出如图5所示的I1I2曲线由图5的图线读出两组数值，代入EI1R1+（I1I2）r构成方程组联立求解E和r；短路电流E/r赏析 通过激活电压表，把电压表的改装，纳入本题一起考查由于电压表被拓展为一个电流表和电阻，

8、所以研究电动势和内阻的U-I图象很自然地转化为I1I2图象，增加了试题的难度，考查了学生的绘图能力和变通能力3.激活伏特表，与电压表量程的扩展融合一表两用例3 （08全国卷I）一直流电压表，量程为1V，内阻为1000现将一阻值在50007000之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源（电动势E为67V，内阻可忽略不计），一阻值R2=2000的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线图6（1）为达到上述目的，将图6连成一个完整的实验电路图.（2）连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90 V；当S1闭合，S2断开时，电压表的

9、示数为0.70 V，由此可以计算出改装后电压表的量程为 V，电源电动势为 V图7解析 （1）两个电阻的连接方式只有两种，一是并联，二是串联，根据题中“当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90 V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70 V”和电源“内阻可忽略不计”，可分析确定，它们为串联关系，即将待测电压表与标准电阻串联后与电源连接即可，如图7设电源电动势为E，则由闭合电路欧姆定律，当两开关都闭合时，R2被短路，有：，当S1闭合，S2断开时，有：，联立两式代入数据解得：R1=6000 ，E=6.3V；根据串联分压原理，可得电压表改装后的量程为7V赏析 本题中，内阻已知的电压表，既充

10、当了测量电压的电压表，又利用读数和自身内阻充当了电流表，很自然地将教材上的两个实验融合在一起，考查学生信息处理能力和逻辑推理能力三、激活电流表1.激活电流表，与电压表和电阻融合图8例4 （2010年江苏卷）在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表（视为理想电压表）的量程较小，某同学设计了如图8所示的实物电路w w w.ks5 u .c om(1)试验时，应先将电阻箱的电阻调到_.（选填“最大值”、“最小值”或“任意值”）(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值=10的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是_.（选填1或2）方案编号电阻箱的阻值R/1400.035

11、0.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0（3）根据实验数据描点，绘出的图像是一条直线若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E= ，内阻r= （用k、b和R0表示）解析 （1）为了保障实验仪器的安全，电阻箱开始的值应调到“最大值”（2）第一方案中，电阻从200变到400的过程中，电流从约0.045A变到0.025A；第二方案中，电阻从40变到80的过程中，电流从0.1A变到0.18A，很显然，后者电流读数大，读数范围也大，所以误差小，故填2(3) 根据闭合电路欧姆定律有，变形得，故图象中图线的斜率，截距，所以电源的电动势，内阻R0赏析 把电

12、流表分解为一个理想的电压表和已知电阻，用电阻箱替代滑动变阻器，既能改变电阻，又可以计算电压考查了学生对实验原理的理解，根据函数图象处理实验公式的能力，以及对试验中仪器要求的掌握2.激活电流表，一表两用图9图10图11例5 （2009年北京卷）某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为999.9，可当标准电阻用） 一只电流表（量程=0.6A,内阻）和若干导线请根据测定电动势E和内电阻的要求，设计图9中器件的连接方式，画线把它们连接起来图12图13接通开关，逐次改变电阻箱的阻值，读出与对应的电流表的示数I

13、,并作记录当电阻箱的阻值时，其对应的电流表的示数如图10所示处理实验数据时，首先计算出每个电流值I 的倒数；再制作R-坐标图，如图11所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图10实验数据对应的坐标点也标注在图11中上在图11上把描绘出的坐标点连成图线根据图11描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V，内电阻 解析 在本实验中用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可实物图的连接如图12所示由闭合电路欧姆定律有： E =I（R+r+rg），依据图象变形得：，所以图13中的图线的斜率等

14、于电源的电动势，纵轴负方向的截距为电源内阻与电流表的内阻之和赏析 本实验中，电流表即担任了测量通过电源电流的作用，又和电阻箱一起承担测量路端电压的作用，使得创新图象R-1/I成为可能，考查了学生对实验原理的理解和图象的分析能力3.激活电流表，与半偏法测电流表内阻融合例6 （2006年广东卷）某同学设计了一个如图14所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3V）、电流表（量程0.6A，内阻小于1）、电阻箱（099.99）、滑动变阻器（010）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略图15（1）该同学按图14连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20试分析该测量产生误差的原因是_图14（2）简要写出利用图14所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：_；_；（3）图15是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池组的电动势E_V、内阻r_ （计算结果保留三位有效数字）解析 （1）根据动态电路分析法可以判断，半偏法测电表内阻出现误差的原因是并联电阻箱后线路总阻值减小，从而造成总电流增大，R分得的