一、實驗方案及原理
方案一:用一個電壓表、一個電流表和一個滑動變阻器。
方案二:用一個電流表、一個電阻箱或兩個定值電阻。
方案三:用一個電壓表、一個電阻箱或兩個定值電阻。
實驗原理都是根據閉合電路的歐姆定律。
二、水果電池
把較粗的銅絲和鐵絲(或者用銅片和鋁片或鋅片)相隔約幾毫米插入馬鈴薯或蘋果、檸檬、西紅柿中,就製成了一個水果電池。
銅絲和鐵絲相距越近,插入越深,電池的內阻就越小。銅絲是電池的正極,鐵絲是負極。
我們測量水果電池的電動勢和內阻。
以第一個方案為例,說明實驗的方法,這個方法的特點是簡單明了,而且便於通過作圖處理數據,缺點是要同時使用兩個電錶來測量電流和電壓。
用水果電池做這個實驗的優點是,它的內阻較大,容易測量。但任何電池在使用過程中,由於化學反應正極附近都會析出氣體,在一定程度上使電極與電解質溶液(水果電池中就是果汁)隔離,明顯地改變了內阻。水果電池尤其是這樣。所以測量前要做好充分的準備,測量儘量迅速,使得電池內阻發生較大變化之前結束測量。
通過實際操作,我們發現,由於水果電池內阻過大,使得一般情況下使用的20歐的滑動變阻器無法起到好的調節作用,而且,幹路電流偏小,一般所用的量程0.6安的電流表也不適用了。
於是,我們用了470千歐的電位器取代滑動變阻器,用靈敏電流計或者微安表來測電流。
得出如下數據和測量結果。
三、測乾電池的電動勢和內阻
如果認為水果電池不太穩定,所用器材也不太常規,也可以改為測量乾電池的電動勢和內阻。舊的乾電池的內阻較大,比較容易測量。
如果電池內阻偏小,導致電錶變化範圍太小的話,也可以在兩節電池之間串聯一個5歐的定值電阻。
以下就是我測的數據和處理結果。
三、處理數據及作圖時的注意事項
作圖時需要注意:
1. 如果電壓的變化範圍比較小的話,電壓坐標軸的起點,可以不從零開始。
2. 個別明顯錯誤的數據應該把它剔除。
使儘量多的點落在這條直線上。
不在直線上的點,能大致均衡地分布在直線兩側。
數據處理:
電流從0開始的話,縱坐標軸的截距就是電動勢。
在圖線上選擇距離稍遠的兩個點,用這兩個點的縱坐標的差比上橫坐標的差,就可以得到內阻。
四、誤差分析