對電池性質要全面理解
——論《直接測量更干脆》一文存在的誤區

岑天慶

(中山市華僑中學 廣東 中山 528400)

電源(電池)是把其他形式的能轉化為電能的裝置, 電動勢是電源的一種基本屬性, 但除了電動勢外電源還有內阻及允許通過的最大電流等屬性.如果只測定電源電動勢而不知道其內阻, 在理論上和實際應用中一般情況下都是意義不大的, 并不能完全反映電源的本質.

圖1

刊登于《物理通報》2010年第2期《直接測量更干脆》[1]一文，通過對高中物理中測定電池的電動勢和內電阻實驗的誤差分析得到, 用伏安法測量(電流表外接法) 如圖1,有

用電壓表直接測量如圖2,有

圖2

得到兩種方法測量值與真實值之間的相對誤差完全相同, 在實際測量過程中，用電壓表直接測量電動勢，相對誤差會更小，用電壓表測量更干脆的結論.

筆者認為此文明顯存在對高中物理教材中, 測定電池電動勢和內電阻實驗設計認識不足.和對電源性質理解不深的誤區, 有必要作以下分析避免對讀者產生不必要的誤導.

(1)文獻[1]利用電壓表直接測量, 只分析了電池電動勢的測量及誤差情況, 沒有分析電池內阻的測量誤差情況, 實際上直接用電壓表測量是不可能測出電池內阻的.

(2)對于電池(任何電源)我們必須對電動勢和內阻同時全面考慮.電源的本質是對外提供能量的本領，只知道電源電動勢而不知道內阻, 在理論上和實際應用中一般情況下(除了給電容器充電)都是意義不大的, 不知道內阻接入負載后，我們就無法知道電池能提供的電流、路端電壓、輸出功率等.新舊干電池電動勢相差并不大.主要是內阻變化了，舊電池由于內阻增大帶負載的能力(提供的電流、路端電壓、輸出功率等)下降而報廢.

(3)文獻[1]可能沒有考慮到還有一種測定電池內阻和電動勢的方法, 電動勢的測量不存在系統誤差.但教材并沒有采用，下面我們來分析此方法測量的電池內阻和電動勢的誤差情況.

用伏安法測量(電流表內接法)如圖3.不計電表內阻影響同樣有

圖3

考慮電表內阻影響有

E真=U1-I1(r真+RA)

E真=U2-I2(r真+RA)

聯立解得

該伏安法測量(電流表內接法)測出的電動勢不存在系統誤差, 但內阻的測量值比真實值多了一個電流表內阻RA.則相對誤差

測出的電動勢不存在系統誤差應該非常理想, 那么高中物理教材中為什么采用伏安法(電流表外接法) 測定電池的電動勢和內電阻, 而不采用伏安法(電流表內接法) 測定電池的電動勢和內電阻呢?

由于干電池內阻r一般在0.1～1 Ω之間，電流表0～0.6 A擋內阻一般為0.1 Ω,電壓表0～3 V擋內阻一般為3 kΩ.

用伏安法測量(電流表內接法) 電池內阻相對誤差為10%～50%之間, 用伏安法測量(電流表外接法) 電池內阻和電動勢相對誤差均為0.3%～3%之間.

所以雖然伏安法(電流表內接法) 測電動勢不存在系統誤差, 但電池內阻相對誤差很大, 不能正確反映它帶負載的能力(提供的電流、路端電壓、輸出功率等) , 盡管伏安法(電流表外接法) 測定電池的電動勢和內電阻均存在系統誤差，但相對誤差很小, 能正確反映它帶負載的能力(提供的電流、路端電壓、輸出功率等), 而被高中物理教材長期采用.

綜上所述, 筆者認為《直接測量更干脆》一文只從電動勢片面理解電源性質, 沒有從電源的本質是對外提供能量本領的全面理解, 對高中物理中測定電池的電動勢和內電阻實驗缺乏全面認識, 才會產生用電壓表直接測量電動勢優于伏安法測量(電流表外接法)的想法, 所以在教學中要求我們必須全面認識物理概念和規律的本質，深刻領會教材才不會產生不必要誤讀.

參考文獻

1 金遜.直接測量更干脆.物理通報,2010(2):44～45