另類實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)干電池的電動勢是否變化

朱桂蘭

(淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué) 山東 淄博 255090)

中學(xué)物理中每當(dāng)學(xué)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(fā)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(nèi)的電池已使用很久了，但是轉(zhuǎn)動調(diào)零旋鈕時，仍可使表針調(diào)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(shí)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(shí)解答這個題目的關(guān)鍵點(diǎn)，就是電池的電動勢是否發(fā)生變化.由這個題目的設(shè)問，若反過來想，倒為我們檢驗(yàn)干電池的電動勢是否發(fā)生變化提供了一種實(shí)驗(yàn)方法——多用電表測電阻法檢驗(yàn)電池的電動勢是否變化．

于是筆者與學(xué)生一起設(shè)計(jì)并最終做了這個實(shí)驗(yàn)，得出了結(jié)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(dāng)然就是選項(xiàng)A．

1 實(shí)驗(yàn)原理

而刻度的標(biāo)稱值仍為原來的R中，用此表的測量值就比真實(shí)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?biāo)肝恢脤⒃谠瓉砦恢玫淖髠?cè)．

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(jìn)行電阻調(diào)零后，測量同一固定電阻的阻值，若測量值不同(即指針?biāo)肝恢米兓?，說明干電池的電動勢是變化的，若測量值相同(即指針?biāo)肝恢貌蛔兓?，則說明干電池的電動勢是不變的．

2 實(shí)驗(yàn)儀器

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

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 直接測量干電池的空載電壓

多用電表調(diào)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(jié)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(jié)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(diào)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(jìn)行電阻調(diào)零．

(4)將滑動變阻器與電阻箱串聯(lián)形成電阻．

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

(6)將歐姆表中的電池?fù)Q為2號干電池，歐姆調(diào)零后重新測量上述電阻，發(fā)現(xiàn)阻值仍為36 Ω(指針?biāo)肝恢貌蛔?．

(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(shù)均為36 Ω(指針?biāo)肝恢镁蛔?．

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(diào)到歐姆擋的×10擋，按×1擋步驟中的(2)～(5)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整電阻箱及滑動變阻器使歐姆表讀數(shù)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(shí)驗(yàn)，調(diào)整電阻箱及滑動變阻器使歐姆表讀數(shù)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(xiàng)

(1)為減小因接觸電阻變化而引起的實(shí)驗(yàn)誤差，特選用接線夾代替測量表筆進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(shù)字估讀引起的誤差，特選用滑動變阻器與電阻箱串聯(lián)構(gòu)造一個電阻，利用滑動變阻器作微調(diào)，調(diào)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(shí)驗(yàn)說明

(1)本實(shí)驗(yàn)理應(yīng)用一節(jié)干電池，將其使用不同時間之后獲得新舊程度不同的參數(shù)，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，但為縮短實(shí)驗(yàn)時間，筆者選用了同一型號的8節(jié)新舊程度不同的干電池做此實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的電阻，結(jié)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(shí)驗(yàn)中沒有對歐姆表的×1 k與×10 k的擋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，原因是它的供電電源為層疊電池，若換用多節(jié)干電池串聯(lián)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)意義不大，因?yàn)榍叭齻€量程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已足以說明問題．

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

因?yàn)獒槍W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(jié)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(jié)果也相同．據(jù)此得出結(jié)論：干電池電動勢大小是由電動勢的產(chǎn)生機(jī)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(jìn)行歐姆調(diào)零可知，電池內(nèi)阻將隨新舊程度的變化而變化，并且電池越舊，內(nèi)阻越大．

7 現(xiàn)象解釋

實(shí)驗(yàn)做完之后，大家興致勃勃，又進(jìn)一步對涉及電源的一些問題進(jìn)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??？

(2)電池舊到什么程度就不能再應(yīng)用到萬用表中了呢？

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

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