2024年高考物理实验题的“三国演义”
江苏省特级教师戴儒京。
在电视剧《三国》热播之际，有人言必称三国，连世界杯足球赛，也有人写出“世界杯中的三国队”，我也来凑个热闹，戏言2024年高考物理实验题的“三国演义”。 在2024年高考物理实验题中，考到“测电源电动势和内阻”的实验的有3个省市，分别是：江苏省、上海市、广东省。
1.2024年高考江苏省物理卷第10题（8分）
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，某同学涉及了如图所示的实物电路。
1）实验时，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）
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）
答案】（1）最大值；（2）2；（3）
解析】（1）电阻箱的电阻调到最大值，电流最小，保障了电压表不超过量程及电源的不过载。
2）若r=300ω，电流约，若r=60ω，电流约，后者电流读数大，误差小，所以填2。
3） 电流，=，得，图象的斜率，截距，所以电动势，内阻－r0。
实验检验：用江苏省苏威尔公司引进并汉化的鳄鱼夹**实验软件可以模拟这个实验。
模拟电路图如图2：当改变可变电阻的阻值时，电压表会自动显示读数。
把电阻值r及对应的电压表读数u记录下来，输入到excel，并计算出对应的，如下表：
作出u-r和图象，如图3，蓝线是u-r图象，是曲线，红线是图象，是直线。
延长图象交轴于一点，即得截距，再求出该直线的斜率，则根据本题结果，电动势=，内阻－r0=。
本题考查测电源的电动势和内阻及图象的物理意义，根据图象求物理量。
难度：较难。
2．2024年高考上海物理卷第29题（6分）
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，得到图中的图线b。
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___填“大于”、“等于”或“小于”），两电池的效率___填“大于”、“等于”或“小于”）。
答案】（1）2v，（2）0.5ω （2）小于，大于。
解析】（1）根据，得，图象a，截距b=0.5，斜率k=0.25，所以电动势，内阻r=e·k=0.5ω。
2）从图象可知：图象b的截距约为，斜率约为，电动势，内阻，＜，电池的输出功率，则，，用excel作出输出功率随电阻r变化的图象，蓝线表示电池a的输出功率，红线表示电池b的输出功率，从图象可以看出，小于；电池的效率，容易得大于。
实验检验：用鳄鱼夹**实验软件模拟实验，对电池a，模拟电路图如图6。图象如图。
对电池b，模拟电路图如图。图象如图9。
用excel作的两个电池的图象如图。
本题考查用伏阻法（电压表和电阻箱）测电源的电动势和内阻，图象法，以及电源的输出功率及效率。
难度：难。3.2010高考广东卷第34题。
2）某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（=5）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图10(a).
在图10（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。
请完成下列主要实验步骤；
a.检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图10（c）所示，读得电阻值是。
b.将开关闭合，开关断开，电压表的示数是1.49v；
c.将开关 __电压表的示数是1.16v；断开开关 。
使用测得的数据，计算出干电池的内阻是___计算结果保留二位有效数字）。
由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏填“大”或“小”)。
答案】2）①略；②20ω；闭合；③0.69ω④小。
解析】①如图11
从图c读出，r=20ω；闭合后电阻箱才工作；
s1闭合、s2断开时：rv很大，认为： ①s1、s2都闭合时： ②由①、②得
误差分析。忽略电压表对电路的影响时求得的电动势为测量值，根据①式，,两式ⅰ
考虑电压表对电路的影响时求得的电动势为真实值，设电压表的电阻为rv，则①式变为：+，显然，即测得的电动势比实际值偏小。
扩展】求测得的内阻比实际值偏大还是偏小？
根据①②两式求得的是内阻的测量值，即-，考虑电压表对电路的影响时①②两式变为 +
根据③④两式解得的内阻为真实值，得：
这里要注意：由于 ,所以是负值，所以式中的分母比式中的分母小，所以，即测得的内阻比实际值也是是偏小 。这个问题，历来是物理研究问题的难点。
实验检验：用鳄鱼夹**软件做的模拟实验如图12，当开关1闭合，开关2断开上，电压表读数为1.49v。
因原电压表内阻为无限大，所以用一个阻值为1k的电阻与电压表并联，模拟电压表内阻为1k。
电池的电动势真实值为1.5v，用内阻为无限大的电压表测量，读数为1.5v，见图13。 果然测量值小于真实值。
当开关2也闭合后，电压表的读数为1.15v，如下图，则根据，将代入算得内阻的测量值为，0.91
根据和，算得内阻的真实值为，0.94，果然内阻的测量值也小于真实值。
本题考查用伏阻法（电压表和电阻箱）测电源的电动势和内阻，计算法及误差分析。
难度：中等。
在三省市的高考物理实验题中，不约而同地都考了用伏阻法（电压表和电阻箱）测电源的电动势和内阻。江苏省和上海市用的是图象法处理数据，而广东省是用公式计算法处理数据。另外，上海还考了电源输出功率问题和电源效率问题，而广东省还考了误差分析。
2024年高考物理实验题
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