这个问题的回答需要先建立几个基本概念。
第一个概念:什么叫做原电池
关于原电池,可以看我的帖子:
电池的正负极聚集了大量的正负电荷吗? - Patrick Zhang的回答 - 知乎
第二个概念:原电池的定量分析方法和能斯特方程式
从帖子中我们看到,原电池的两个极板必须浸泡在电解液中。原电池的每一个极板和电解液之间,实质就是氧化还原反应,而氧化还原反应是伴随着电子的转移的。我们把每个电极产生的电压叫做电极电位,其实就是单个电极的电动势。我们把两个极的电极电位结合起来,就得到原电池输出的电动势。
描述原电池输出电压的定量分析依靠能斯特方程式来实现。我们看百度百科怎么说:
当外电路接通后,随着时间的推移,电解液的浓度越来越高,电极也被腐蚀,整个原电池的温度也上升,于是原电池的输出电压也持续下降。等到原电池的输出电压降低到某个值后,它输出的电流已经无法有效地让外电路负载工作,我们就必须更换电解液,维修电极。
第三个概念:干电池与原电池的异同,干电池的内阻r
干电池虽然没有电解液,但它的工作原理与原电池是类似的。干电池用久后,它的内阻会上升,虽然干电池的电动势依然不变,但干电池输出的路端电压会下降。所以,我们只需要测量干电池的内阻,即可判定此干电池还能否继续使用。
一般地,一节新的1号干电池内阻一般是0.5到1欧左右,它的电动势是1.5V。当干电池用久了,它的内阻会上升到十几欧到数十欧,输出电压会下降到1V左右,此时干电池的寿命应当就到期了。
干电池的制造厂家,对电池的使用寿命,以及它的内阻阻值及变化,有详细的测试报告,可供参考。
我不知道现在的初中物理实验课是否有干电池内阻的测量实验。如果有,则试验电路可供参考。
有了上述基础知识,我们就可以来回答题主的问题了。
在居家情况下,测量设备和手段很受限。为此,我们需要一台万用表,以及一只20欧的电阻。一般地,找小区的电工就可以借到。准备好这些基本工具后,我们就可以开始测量了。
给个建议:对于居家来说,备用一只万用表还是必要的。一只普通数字万用表不过数十元,但会给我们带来维修方便。
第一:如果我们仅仅测量干电池的电压(电动势),是不能判定电池的新旧的
为何?干电池是新的也好,是旧的也好,它的电动势E变化不大。虽然用久了,电池电动势会略微下降,但不能用作干电池寿命的判据。
第二:测量干电池的电路和方法
我们看下图:
第一步,把干电池空置,用万用表的5V电压档测量它正负极间电压,此测量值就是电池电动势E
说明:当干电池空置后,电池内阻因为没有电流流过,所以它的电压降Ur=0。万用表5V电压档的测量值就是电源电动势E。
注意:一定要辨别清楚万用表的电压档后再测量。如果拨到电流档,电池会输出较大的电流冲击万用表,万用表可能损坏。
注意到我们把万用表的红、黑表棒搭接到电池正、负极后,其实万用表表头与干电池构成了电压测量电路,也会有很小的电流流过电池内阻r,所以万用表测得的电压值其实就是路端电压U,见图2。我们用U来代替E,这里当然存在误差,但误差很小,在居家的条件下,我们把误差忽略不计。
第二步,按图1搭建电路,用万用表的100毫安电流档测量电流I
在进行此测量时,一定要注意万用表的档位。如果错用电压档,此时万用表的内阻很大,则电流很小。虽然不会毁坏万用表,但无法获得准确信息。
第三步,我们就可以计算干电池内阻了
由图2,我们写出电路表达式: I=\frac{E}{r+R} ,并由此推得: r=\frac{E}{I}-R ,式1
测量和计算后,发现电池的内阻r在1欧上下,这些电池就是新的;如果r在十几欧到几十欧,则电池已经用了一段时间了,但还可以用;如果r在100欧以上,则此电池寿命已到,该丢弃了。
如果实在借不到万用表和电阻,还有一个简单的方法,就是利用光电鼠标来测量。 我们把电池置入鼠标,若鼠标在电脑界面上不见光标踪影,则此电池肯定要丢弃。反之,则可以继续使用。
用鼠标测量电池寿命比用电视遥控器测量要好,测量灵敏度更高。