電池の起電力と内部抵抗
１ 目 的
乾電池の起電力と内部抵抗を、直流回路の電圧と電流を測定して求める。
２ 準 備
乾電池２個(新しい乾電池と古い乾電池､ すべり抵抗器、直流電圧計、直流電流計
３ 方 法
(1) 上の図のように配線する｡ このとき､ すべり抵抗器Ｒは抵抗の値が最大になるよう
にしておく。
(2) すべり抵抗器Ｒの接点Ｃを動かして､ 電流計の値が50mAになるようにし､ このとき
の電圧計の示す値を測定して記録する｡
(3) すべり抵抗器の抵抗の値を小さくしていき､ 電流の値を50mAずつ上げていく｡ それ
ぞれの場合の電圧計の値を測定する｡
(4) 乾電池を変えて同じ実験をする｡
４ 整 理
(1) グラフのたて軸に電圧Ｖ､ 横軸に電流Ｉをとり、測定値をプロットして､ 一直線上
に並ぶのを確かめる｡
(2) グラフのＶ軸切点をＥ、直線の傾きを－ｒとすると、直線は
Ｖ＝Ｅ－ｒＩ ①
で表される。ここで、Ｅは電池の起電力を、ｒは電池の内部抵抗を示す。グラフよ
り電池の起電力と内部抵抗を求め､ 新しい電池と古い電池で起電力と内部抵抗がど
う違うかを整理せよ｡
（新しい電池）
（古い電池）
５ 考察
(1) 新しい電池の起電力と内部抵抗はいくらであったか。
(2) 古い電池の起電力と内部抵抗はいくらであったか。
(3) 内部抵抗の違いは、どんなことに起因するか。
電池の起電力と内部抵抗 教師用指導書
１ 目 的
乾電池の起電力と内部抵抗を、直流回路の電圧と電流を測定して求める。
２ 準 備
乾電池２個(新しい乾電池と古い乾電池､ すべり抵抗器、直流電圧計、直流電流計
３ 方 法
(1) 上の図のように配線する｡ このとき､ すべり抵抗器Ｒは抵抗の値が最大になるよう
にしておく。
(2) すべり抵抗器Ｒの接点Ｃを動かして､ 電流計の値が50mAになるようにし､ このとき
の電圧計の示す値を測定して記録する｡
(3) すべり抵抗器の抵抗の値を小さくしていき､ 電流の値を50mAずつ上げていく｡ それ
ぞれの場合の電圧計の値を測定する｡
(4) 乾電池を変えて同じ実験をする｡
４ 整 理
(1) グラフのたて軸に電圧Ｖ､ 横軸に電流Ｉをとり、測定値をプロットして､ 一直線上
に並ぶのを確かめる｡
(2) グラフのＶ軸切点をＥ、直線の傾きを－ｒとすると、直線は
Ｖ＝Ｅ－ｒＩ ①
で表される。ここで、Ｅは電池の起電力を、ｒは電池の内部抵抗を示す。グラフよ
り電池の起電力と内部抵抗を求め､ 新しい電池と古い電池で起電力と内部抵抗がど
う違うかを整理せよ｡
（新しい電池）
電流 mA |
40 |
70 |
130 |
180 |
240 |
300 |
電圧 V
|
1.48
|
1.45
|
1.42
|
1.40
|
1.37
|
1.35
|
| |
（古い電池）
電流 mA |
25 |
75 |
110 |
155 |
180 |
245 |
電圧 V
|
1.16
|
1.00
|
0.87
|
0.71
|
0.61
|
0.34
|
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５ 考察
(1) 新しい電池の起電力と内部抵抗はいくらであったか。
(2) 古い電池の起電力と内部抵抗はいくらであったか。
(3) 内部抵抗の違いは、どんなことに起因するか。
実験の手引き
〔実験方法について〕
３ 方 法 (3) すべり抵抗器の抵抗の値を小さくしていき、電流の値を50mAずつ上げていく。 それぞれの場合の電圧計の値を測定する｡
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において、そのつどスイッチを入れ、電流と電圧を測定する。
電流の大きなところでは、電池の消耗を少なくするため、測定を手早くしスイッチを長時間入
れておかないようにする。
電流の小さなほうから測定を始め、順に電流を大きくしていく。
この実験のポイントは、手際よく短時間で済ませることである。メーターの読みとりは素早
く行い、目盛りを読んでいないときにはこまめにスイッチを切るようにする。長い間電流を流
したり、実験が長引くと、電池は発熱し内部抵抗が大きくなり、電流も電圧も小さくなってい
く。
乾電池にはいろいろな種類があるが、いずれも化学反応を利用して電気を取り出している。
（電池については化学ⅠＢで学習する。） 電池は２つの電極（正極・負極）と電解液で構
成されるが、この正極・負極の物質と電解液の組み合わせで、起電力や容量などの違うさまざ
まな特性をもった電池となる。最もふつうに使用されるマンガン乾電池では、正極に二酸化マ
ンガン」（従来炭素棒を正極としていたが、現在は炭素棒は正極端子として扱われるようにな
った）。負極に亜鉛が使われ、電解液に塩化塩化アンモニウムや塩化亜鉛が使われている。ア
ルカリ乾電池は、マンガン乾電池の電解液に水酸化カリウムを用いたものである。
電池は電気エネルギーを電池内の物質の化学反応によって発生させているものであるから、
電気エネルギーを取り出すにしたがって、化学反応により内容物が変化して、しだいに電気を
発生させる力を失っていく。また、化学反応によって生じる物質は不導体のため、しだいに電
気を通しにくくなる。このため、放電の進んだ電池では起電力が小さくなり、内部抵抗が大き
くなる。
電池の内部抵抗は、電池を構成する部品（正極・負極・セパレーター（正極物質と負極物
質の間にあって両者を分けている部分）など）のうち、セパレーターの抵抗が最も大きく影響
する。未使用の単一乾電池の内部抵抗は0.1～0.2Ωぐらいで、マンガン乾電池とアルカリ乾
電池では、アルカリ乾電池の方が小さい。
（参考）数研出版 物理ⅠＢ 教授資料
〔実験の評価〕
(1) 電圧計、電流計を正しく用い、正確な測定がなされたか。
(2) Ｖ－Ｉグラフが正しく描け、その傾きより内部抵抗が求められたか。また、
グラフより、起電力が求められたか。
(3) 電池の内部抵抗の意味が完全に理解できているか。
(4) 有効数字を正しく扱っているか。
〔参考実験〕
電圧計と電流計を電圧センサーと電流センサーに置き換えて、実験することも可能である。
電圧・電流センサーを使うと、すべり抵抗器を一気に動かして測定でき、グラフもすぐ描かれ
る。
準備物
乾電池２個(新しい乾電池と古い乾電池､ すべり抵抗器、電圧センサー、直流センサー
コンピュータ、計測インターフェースと計測ソフトウェア
