另类实验检验干电池的电动势是否变化

2012-01-23朱桂兰

物理通报 2012年11期

关键词：欧姆表干电池欧姆

朱桂兰

(淄博实验中学山东淄博 255090)

中学物理中每当学到“恒定电流”这一章，总有人疑惑干电池的电动势是否随新旧程度的不同而发生变化.原因是这个量的变与不变涉及到一个题目的解答．

题目：一个多用电表内的电池已使用很久了，但是转动调零旋钮时，仍可使表针调至零欧姆刻度处．用这只多用表测出的电阻值R测与被测电阻的真实值R真相比

A.R测=R真B.R测>R真

C.R测

不同教师甚至不同资料提供的答案各不相同，其实解答这个题目的关键点，就是电池的电动势是否发生变化.由这个题目的设问，若反过来想，倒为我们检验干电池的电动势是否发生变化提供了一种实验方法——多用电表测电阻法检验电池的电动势是否变化．

于是笔者与学生一起设计并最终做了这个实验，得出了结论：干电池的电动势不随电池新旧程度而变化.这样，题目的正确答案当然就是选项A．

1 实验原理

而刻度的标称值仍为原来的R中，用此表的测量值就比真实值偏大．即用同一个量程测量同一个电阻值时，换用旧电池后，指针所指位置将在原来位置的左侧．

图1

由以上分析可知，若用同一多用表的同一欧姆挡，换用新旧程度不同的电池进行电阻调零后，测量同一固定电阻的阻值，若测量值不同(即指针所指位置变化)，说明干电池的电动势是变化的，若测量值相同(即指针所指位置不变化)，则说明干电池的电动势是不变的．

2 实验仪器

J0411-JY0330-93指针式多用表(欧姆挡中值标值40 Ω)，J2361-1型电阻箱，J2354型滑动变阻器，1号干电池8节(新旧程度不同)，带接线夹的导线5条．

3 实验步骤

3.1 直接测量干电池的空载电压

多用电表调整到直流电压2.5 V档，用两表笔直接接触干电池的两极，测量每节干电池的空载电压值见表1.从测量值可知，编号1～8号电池由新变旧程度逐渐增加．

表1 每节干电池空载电压值

3.2 用指针式多用电表欧姆挡的×1挡测电阻

(1)将多用表的功能旋钮调整到欧姆挡的×1挡．

(2)用编号为1的干电池为欧姆表供电．

(3)将两表笔短接进行电阻调零．

(4)将滑动变阻器与电阻箱串联形成电阻．

(5)将欧姆表的两接线夹接到电阻的两端，调整电阻箱到适当位置，再用滑动变阻器进行微调(调整电阻值使指针恰指在某一个刻度线上)，使欧姆表读数为36 Ω．

(6)将欧姆表中的电池换为2号干电池，欧姆调零后重新测量上述电阻，发现阻值仍为36 Ω(指针所指位置不变)．

(7)再依次换用3～8号干电池按正确步骤重新测量上述电阻，读数均为36 Ω(指针所指位置均不变)．

3.3 用指针式多用电表欧姆挡的×10挡测电阻

将多用电表的功能旋钮调到欧姆挡的×10挡，按×1挡步骤中的(2)～(5)进行实验，调整电阻箱及滑动变阻器使欧姆表读数为34 Ω，则测量电阻为340 Ω．再依次将编号2～8的干电池为欧姆表供电，按正确步骤测量该电阻，测量值没有变化．

3.4 用指针式多用电表欧姆挡的×100挡测电阻

选挡后按类似步骤实验，调整电阻箱及滑动变阻器使欧姆表读数为38 Ω，测量电阻即为3 800 Ω，换用不同编号的电池供电，按正确步骤测量，测量值也不变．

4 注意事项

(1)为减小因接触电阻变化而引起的实验误差，特选用接线夹代替测量表笔进行实验，并且每次更换电池时其他位置接线柱的接线不需改变．

(2)由于欧姆表刻度不均匀，为尽量减少数字估读引起的误差，特选用滑动变阻器与电阻箱串联构造一个电阻，利用滑动变阻器作微调，调整电阻阻值，使表头指针恰指在某一刻度线上，每次测量只需看表针是否仍指在同一位置上即可．

5 实验说明

(1)本实验理应用一节干电池，将其使用不同时间之后获得新旧程度不同的参数，进行上述实验，但为缩短实验时间，笔者选用了同一型号的8节新旧程度不同的干电池做此实验．实验结果显示，对同一电阻的测量值是完全相同的，这也从另一角度证明了同一型号的干电池电动势是完全相同的．

(2)上述实验做完后，笔者又用原品牌(5号)的干电池为欧姆表供电测量最后一组实验的电阻，结果测量值仍不变，从而也说明同一类型的干电池电动势是相同的．

(3)实验中没有对欧姆表的×1 k与×10 k的挡进行实验，原因是它的供电电源为层叠电池，若换用多节干电池串联后进行实验意义不大，因为前三个量程的实验结果已足以说明问题．

6 实验结论

因为针对欧姆表的同一量程换用新旧程度不同的干电池，测量同一个固定电阻的阻值，测量结果阻值相同，并且换用同类但型号不同(1号与5号)的干电池，测量结果也相同．据此得出结论：干电池电动势大小是由电动势的产生机制决定的，并不随电池新旧程度的变化而变化．但从欧姆表的同一挡更换电池后要重新进行欧姆调零可知，电池内阻将随新旧程度的变化而变化，并且电池越旧，内阻越大．