对电池性质要全面理解——论《直接测量更干脆》一文存在的误区

岑天庆

(中山市华侨中学 广东 中山 528400)

电源(电池)是把其他形式的能转化为电能的装置, 电动势是电源的一种基本属性, 但除了电动势外电源还有内阻及允许通过的最大电流等属性.如果只测定电源电动势而不知道其内阻, 在理论上和实际应用中一般情况下都是意义不大的, 并不能完全反映电源的本质.

图1

刊登于《物理通报》2010年第2期《直接测量更干脆》[1]一文，通过对高中物理中测定电池的电动势和内电阻实验的误差分析得到, 用伏安法测量(电流表外接法) 如图1,有

用电压表直接测量如图2,有

图2

得到两种方法测量值与真实值之间的相对误差完全相同, 在实际测量过程中，用电压表直接测量电动势，相对误差会更小，用电压表测量更干脆的结论.

笔者认为此文明显存在对高中物理教材中, 测定电池电动势和内电阻实验设计认识不足.和对电源性质理解不深的误区, 有必要作以下分析避免对读者产生不必要的误导.

(1)文献[1]利用电压表直接测量, 只分析了电池电动势的测量及误差情况, 没有分析电池内阻的测量误差情况, 实际上直接用电压表测量是不可能测出电池内阻的.

(2)对于电池(任何电源)我们必须对电动势和内阻同时全面考虑.电源的本质是对外提供能量的本领，只知道电源电动势而不知道内阻, 在理论上和实际应用中一般情况下(除了给电容器充电)都是意义不大的, 不知道内阻接入负载后，我们就无法知道电池能提供的电流、路端电压、输出功率等.新旧干电池电动势相差并不大.主要是内阻变化了，旧电池由于内阻增大带负载的能力(提供的电流、路端电压、输出功率等)下降而报废.

(3)文献[1]可能没有考虑到还有一种测定电池内阻和电动势的方法, 电动势的测量不存在系统误差.但教材并没有采用，下面我们来分析此方法测量的电池内阻和电动势的误差情况.

用伏安法测量(电流表内接法)如图3.不计电表内阻影响同样有

图3

考虑电表内阻影响有

E真=U1-I1(r真+RA)

E真=U2-I2(r真+RA)

联立解得

该伏安法测量(电流表内接法)测出的电动势不存在系统误差, 但内阻的测量值比真实值多了一个电流表内阻RA.则相对误差

测出的电动势不存在系统误差应该非常理想, 那么高中物理教材中为什么采用伏安法(电流表外接法) 测定电池的电动势和内电阻, 而不采用伏安法(电流表内接法) 测定电池的电动势和内电阻呢?

由于干电池内阻r一般在0.1～1 Ω之间，电流表0～0.6 A挡内阻一般为0.1 Ω,电压表0～3 V挡内阻一般为3 kΩ.

用伏安法测量(电流表内接法) 电池内阻相对误差为10%～50%之间, 用伏安法测量(电流表外接法) 电池内阻和电动势相对误差均为0.3%～3%之间.

所以虽然伏安法(电流表内接法) 测电动势不存在系统误差, 但电池内阻相对误差很大, 不能正确反映它带负载的能力(提供的电流、路端电压、输出功率等) , 尽管伏安法(电流表外接法) 测定电池的电动势和内电阻均存在系统误差，但相对误差很小, 能正确反映它带负载的能力(提供的电流、路端电压、输出功率等), 而被高中物理教材长期采用.

综上所述, 笔者认为《直接测量更干脆》一文只从电动势片面理解电源性质, 没有从电源的本质是对外提供能量本领的全面理解, 对高中物理中测定电池的电动势和内电阻实验缺乏全面认识, 才会产生用电压表直接测量电动势优于伏安法测量(电流表外接法)的想法, 所以在教学中要求我们必须全面认识物理概念和规律的本质，深刻领会教材才不会产生不必要误读.

参考文献

1 金逊.直接测量更干脆.物理通报,2010(2):44～45