另類實驗檢驗干電池的電動勢是否變化

朱桂蘭

(淄博實驗中學 山東 淄博 255090)

中學物理中每當學到“恒定電流”這一章，總有人疑惑干電池的電動勢是否隨新舊程度的不同而發生變化.原因是這個量的變與不變涉及到一個題目的解答．

題目：一個多用電表內的電池已使用很久了，但是轉動調零旋鈕時，仍可使表針調至零歐姆刻度處．用這只多用表測出的電阻值R測與被測電阻的真實值R真相比

A.R測=R真B.R測>R真

C.R測

不同教師甚至不同資料提供的答案各不相同，其實解答這個題目的關鍵點，就是電池的電動勢是否發生變化.由這個題目的設問，若反過來想，倒為我們檢驗干電池的電動勢是否發生變化提供了一種實驗方法——多用電表測電阻法檢驗電池的電動勢是否變化．

于是筆者與學生一起設計并最終做了這個實驗，得出了結論：干電池的電動勢不隨電池新舊程度而變化.這樣，題目的正確答案當然就是選項A．

1 實驗原理

而刻度的標稱值仍為原來的R中，用此表的測量值就比真實值偏大．即用同一個量程測量同一個電阻值時，換用舊電池后，指針所指位置將在原來位置的左側．

圖1

由以上分析可知，若用同一多用表的同一歐姆擋，換用新舊程度不同的電池進行電阻調零后，測量同一固定電阻的阻值，若測量值不同(即指針所指位置變化)，說明干電池的電動勢是變化的，若測量值相同(即指針所指位置不變化)，則說明干電池的電動勢是不變的．

2 實驗儀器

J0411-JY0330-93指針式多用表(歐姆擋中值標值40 Ω)，J2361-1型電阻箱，J2354型滑動變阻器，1號干電池8節(新舊程度不同)，帶接線夾的導線5條．

3 實驗步驟

3.1 直接測量干電池的空載電壓

多用電表調整到直流電壓2.5 V檔，用兩表筆直接接觸干電池的兩極，測量每節干電池的空載電壓值見表1.從測量值可知，編號1～8號電池由新變舊程度逐漸增加．

表1 每節干電池空載電壓值

3.2 用指針式多用電表歐姆擋的×1擋測電阻

(1)將多用表的功能旋鈕調整到歐姆擋的×1擋．

(2)用編號為1的干電池為歐姆表供電．

(3)將兩表筆短接進行電阻調零．

(4)將滑動變阻器與電阻箱串聯形成電阻．

(5)將歐姆表的兩接線夾接到電阻的兩端，調整電阻箱到適當位置，再用滑動變阻器進行微調(調整電阻值使指針恰指在某一個刻度線上)，使歐姆表讀數為36 Ω．

(6)將歐姆表中的電池換為2號干電池，歐姆調零后重新測量上述電阻，發現阻值仍為36 Ω(指針所指位置不變)．

(7)再依次換用3～8號干電池按正確步驟重新測量上述電阻，讀數均為36 Ω(指針所指位置均不變)．

3.3 用指針式多用電表歐姆擋的×10擋測電阻

將多用電表的功能旋鈕調到歐姆擋的×10擋，按×1擋步驟中的(2)～(5)進行實驗，調整電阻箱及滑動變阻器使歐姆表讀數為34 Ω，則測量電阻為340 Ω．再依次將編號2～8的干電池為歐姆表供電，按正確步驟測量該電阻，測量值沒有變化．

3.4 用指針式多用電表歐姆擋的×100擋測電阻

選擋后按類似步驟實驗，調整電阻箱及滑動變阻器使歐姆表讀數為38 Ω，測量電阻即為3 800 Ω，換用不同編號的電池供電，按正確步驟測量，測量值也不變．

4 注意事項

(1)為減小因接觸電阻變化而引起的實驗誤差，特選用接線夾代替測量表筆進行實驗，并且每次更換電池時其他位置接線柱的接線不需改變．

(2)由于歐姆表刻度不均勻，為盡量減少數字估讀引起的誤差，特選用滑動變阻器與電阻箱串聯構造一個電阻，利用滑動變阻器作微調，調整電阻阻值，使表頭指針恰指在某一刻度線上，每次測量只需看表針是否仍指在同一位置上即可．

5 實驗說明

(1)本實驗理應用一節干電池，將其使用不同時間之后獲得新舊程度不同的參數，進行上述實驗，但為縮短實驗時間，筆者選用了同一型號的8節新舊程度不同的干電池做此實驗．實驗結果顯示，對同一電阻的測量值是完全相同的，這也從另一角度證明了同一型號的干電池電動勢是完全相同的．

(2)上述實驗做完后，筆者又用原品牌(5號)的干電池為歐姆表供電測量最后一組實驗的電阻，結果測量值仍不變，從而也說明同一類型的干電池電動勢是相同的．

(3)實驗中沒有對歐姆表的×1 k與×10 k的擋進行實驗，原因是它的供電電源為層疊電池，若換用多節干電池串聯后進行實驗意義不大，因為前三個量程的實驗結果已足以說明問題．

6 實驗結論

因為針對歐姆表的同一量程換用新舊程度不同的干電池，測量同一個固定電阻的阻值，測量結果阻值相同，并且換用同類但型號不同(1號與5號)的干電池，測量結果也相同．據此得出結論：干電池電動勢大小是由電動勢的產生機制決定的，并不隨電池新舊程度的變化而變化．但從歐姆表的同一擋更換電池后要重新進行歐姆調零可知，電池內阻將隨新舊程度的變化而變化，并且電池越舊，內阻越大．

7 現象解釋

實驗做完之后，大家興致勃勃，又進一步對涉及電源的一些問題進行了討論，給出了清楚的解釋．

(1)為什么電池越舊電壓表測量的空載電壓越小？

(2)電池舊到什么程度就不能再應用到萬用表中了呢？

(3)曾有一句有關電池的廣告詞：某某電池“電動車用完了，收音機還能用”，為什么會這樣呢？

通過這個小實驗，不但使學生明確了干電池電動勢不隨新舊程度變化，更使學生經歷了一次探究實驗的全過程，有了一些意想不到的收獲．