高中物理高考 第1讲 安阻法—2021年高考物理实验方法大全（解析版）

第一讲 安阻法—高中物理实验方法

江苏省特级教师 学科网特约金牌名师 戴儒京

所谓“安阻法”，就是用安培表和电阻箱（或已知电阻）两个测量工具测量某一物理量，主要是测电源电动势和内阻。

安阻法测电源电动势和内阻

1.实验原理与方法：在闭合电路中，根据全电路欧姆定律，有  ①，其中E表示电源的电动势，U表示电源的路端电压，I表示闭合电路中的电流，r表示电源的内阻。

根据课程标准教科书，实验：测电源的电动势和内电阻可用三种方法：伏安法，安阻法，伏阻法，本讲谈安阻法。

 安阻法 ①式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和R值，作出R-1/I图象。图象在R轴上的截距即为电源的内阻，直线的斜率即电源的电动势E。此方法叫安阻法，用安培表和电阻箱。

基础实验是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的变化与提高。

2.误差分析

安阻法

            图7

借用一高考题的图象，如图7，图象的截距b=0.9, 斜率k=0.35。

不考虑电流表的内阻，根据, 得, 所以，截距,斜率 ,所以电动势为,内阻，这就是测量值。

考虑电流表的内阻，根据,得，所以，截距,斜率 ,所以电动势为,内阻(已知电流表内阻为RA0=0.2)，这就是真实值。

可见，用安阻法测电池的电动势和内阻，对电动势，测量值等于真实值，对内阻，测量值等于真实值与电流表内阻之和，即测量值大于真实值。

例1．一同学测量某干电池的电动势和内阻．

（1）题10-1图所示是该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处．

[来源:学科网]

（2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表:

根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出关系图象．由图象可计算出该干电池的电动势为         V；内阻为          Ω．

（3）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如题10-2 图所示，则该干电池的电动势应为       V；内阻应为     Ω．

【解析】（2）推导：根据闭合电路欧姆定律，，变形为，所以电动势为图象的斜率，内阻为图象在轴上的的截距，根据图象可求出斜率和截距，从而求出E和，见答案。

（3）电压表读数为66,根据已知条件，电流表内阻

因为安阻法测电源电动势和内阻实验中，电动势E，内阻，所以，第（3）问中，电动势同第（2）问，内阻比第（2）问少.

【答案】10．（1）①开关未断开  ②电阻箱阻值为零

（2）（见下图）  1.4（1.30~1.44都算对）  1.2（1.0~1.4都算对）

（3）1.4（结果与（2）问第一个空格一致）  1.0（结果比（2）问第二个空格小0.2）

【点评】本题隐含考查一个知识：在安阻法测量电源电动势和内阻实验中，电动势的测量值等于真实值，而内阻的测量值大于真实值，实验在第(3)问中，内阻的结果比（2）问第二个空格小0.2（电流表内阻）。推导如下：

不考虑电流表内阻的影响时，所得结果为测量值，根据，，解得，.

考虑电流表内阻的影响时，所得结果为真实值，根据，，解得，。

例2.某同学利用图（a）中的电路测量电流表的内阻RA（约为5Ω）和直流电源的电动势E （约为10V）。 图中R1和R2为电阻箱，S1和S2为开关。已知电流表的量程为100mA，直流电源的内阻为r。

（1）断开S2，闭合S1，调节R1的阻值，使满偏；保持R1的阻值不变，闭合S2，调节R2，当R2的阻值为4.8时的示数为48.0mA。忽略S2闭合后电路中总电阻的变化，经计算得RA=          Ω；（保留2位有效数字）

（2）保持S1闭合，断开S2，多次改变R1的阻值，并记录电流表的相应示数。若某次R1的示数如图（b）所示，则此次R1的阻值为         Ω；

（3）利用记录的R1的阻值和相应的电流表示数，作出图线，如图（c）所示。用电池的电动势E、内阻r和电流表内阻RA表示随变化的关系式为=       。 利用图（c）可求得E=        V。 （保留2位有效数字）

【解析】（1）并联电路电流与电阻成反比，解得

(2)

（3）根据全电路欧姆定律有，变形得。

从图（c）可求图线的斜率，则电源电动势.

【答案】（1）5.2  （2）148.2  （3），9.1（8.9-9.4）

【点评】本题在测电源电动势和内阻的实验中嵌入了另一个实验：用半偏法测电流表内阻。

例3.利用如图(a)所示电路，可以测量电源电动势和内阻，所利用的实验器材有：

待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9Ω)，电阻R0(阻值为3.0Ω)，电阻R1(阻值为3.0Ω)，电流表A(量程为200mA，内阻为RA=6.0Ω)，开关S。

实验步骤如下：

①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；

②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;

③以为纵坐标，R为横坐标，作图线（用直线拟合）

④求出直线的斜率k，和在纵坐标的截距b。

回答下列问题：

(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则1/I与R的关系式为_________________。

(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R=3.0Ω时电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表。答：①____________，②______________。

(3)在答题卡图(c)的坐标纸上所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k=________，截距b=___________。

(4)根据图线求得电源电动势E=__________V，内阻r=________Ω。

【解析】（1）电流表和电阻并联以扩大量程，因为，，所以，此即为扩大量程后的电流表内阻。电流表读数为时，干路电流为，则，所以.

根据全电路欧姆定律，，即化成关系式为，即，将和代入得。

（2）从图（b）可得，电流表读数

，所以

(3) 描点作图，见下图，

从图得斜率，截距

（4）因为，所以电动势，

根据，解得

【答案】 (1)=R+(5.0+r)或

(2)①0.110 ②9.09

(3)见图(c)答

(4)3.0(或在2.7~3.3之间)

1.0(或在0.6 ~1.4之间)

【点评】本题继承传统的是根据，得出，然后描点作图，从图象求斜率和截距，从而求电动势和内阻.

本题创新在于把电流表扩大量程与测电源电动势和内阻整合在一起，而把上式中的改为，从而把改为即，因而电动势为，内阻为。

本题表面上看是安阻法，因为是图象，实际上是伏阻法，因为电流表测的实际上是两端的电压。所以可以说是伏阻法和安阻法的综合法。

安阻法测电流表内阻

例5．利用图1所示的电路测量电流表mA的内阻RA。图中R1、R2为电阻，K1、K2为电键，B是电源（内阻可忽略）。

①       根据图1所给出的电路原理图，在图2的实物图上连线。

    ②已知R1=140Ω，R2=60Ω。当电键K1闭合、K2断开时，电流表读数为6.4mA；当K1、K2均闭合时，电流表读数为8.5mA。由此可以求出RA=      Ω。（保留2位有效数字）

【解析】(1)图略

(2)根据电路欧姆定律和电路分析，有，解得RA=43.

点评：本题考查用安阻法（用电流表和两个电阻）测电流表的内阻。也具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法（考实际数字的计算），还考查了电路的分析。

新题速递

1.2018年全国2卷22题．（6分）某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头（量程100内阻900）；电阻箱R1 （阻值范围0999.9）；电阻箱R2 （阻值范围099 999.9）；导线若干。

要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。

回答下列问题：

（1）在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。

（1）          电阻箱的阻值（保留到个位）

【答案】（1）如图所示  （2）100  2 910

【解析】

2. 2017年天津9（3）题

9（3）某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0 kΩ，电阻R1=9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0=3.0 Ω的电阻。

①按图示电路进行连接后，发现、和三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电建S闭合，用多用电表的电压挡先测量

a、间电压，读数不为零，再测量、间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是___________导线断开。

②排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如右图。由I1–I2图象得到的电池的电动势E=_________V，内阻r=__________Ω。

【答案】9（3）①aa'     bb'    ②1.4（1.36~1.44均可）    0.5（0.4~0.6均可）

【解析】直线与纵轴的交点为I1=0.14，所以电动势为

直线斜率的绝对值为

所以，电源内阻

3. 2018年江苏第10题．（8分）一同学测量某干电池的电动势和内阻．

（1）题10-1图所示是该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处．

[来源:学科网]

（2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表:

根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出关系图象．由图象可计算出该干电池的电动势为         V；内阻为          Ω．

（3）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如题10-2 图所示，则该干电池的电动势应为       V；内阻应为     Ω．

【解析】（2）推导：根据闭合电路欧姆定律，，变形为，所以电动势为图象的斜率，内阻为图象在轴上的的截距，根据图象科求出斜率和截距，从而求出E和，见答案。

（3）电压表读数为66,根据已知条件，电流表内阻

因为安阻法测电源电动势和内阻实验中，电动势E，内阻，所以，第（3）问中，电动势同第（2）问，内阻比第（2）问少.

【答案】10．（1）①开关未断开  ②电阻箱阻值为零

（2）（见下图）  1.4（1.30~1.44都算对）  1.2（1.0~1.4都算对）

（3）1.4（结果与（2）问第一个空格一致）  1.0（结果比（2）问第二个空格小0.2）

（2020年10月11日 星期日）