原電池演示實(shí)驗裝置改進(jìn) 2

1、. 【提出問題】在人教版“普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗教科書化學(xué)2“化學(xué)能與電能中學(xué)習(xí)了原電池的原理，我們認(rèn)識了電池的實(shí)質(zhì)，同學(xué)們能否自己動手，運(yùn)用生活中的材料制作簡易電池，如何制作呢？又如何檢驗原電池是否正常工作？如果根據(jù)實(shí)踐活動“利用水果如蘋果、檸檬或番茄等制作原電池。則, 如何才能做成一個效果較好的水果電池呢“ 影響水果電池的電流的因素終究有哪些呢“【探究目的】1. 鞏電池的原理及形成形成;2. 認(rèn)識影響水果電池產(chǎn)生電流大小的因素;3. 形成多角度思考問題的習(xí)慣;4. 加強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系?！緦?shí)驗設(shè)計方案】1. 實(shí)驗思路水果中含有大量糖類、蛋白質(zhì)、生物酸等物質(zhì), 其中的生物酸起到電解質(zhì)的作用。許

2、多水果(如番茄)的汁液顯酸性,假設(shè)在這些水果里平行地插入銅片和鋅片即可形成原電池。理科教材中的探究活動通常將兩個半熟的番茄相連,再用銅片和鋅片作電極,構(gòu)成原電池,同時使用檢流計來檢驗原電池，該實(shí)驗在理論上是可行的,但實(shí)際操作過程中往往收不到理想的效果。原因在于通過此種方式形成的電路中,電壓太小,電阻卻較大,即便是靈敏電流計在很多時候也很難測出如此微小的電流。故而本實(shí)驗利用音樂賀卡和發(fā)光二級管來檢驗原電池是否正常工作，同時探究水果電池所產(chǎn)生的電流大小與電壓與水果電池個數(shù)，電極材料及電極之間的關(guān)系。2實(shí)驗原理運(yùn)用生活中常見的水果作為電解質(zhì)，用兩種極性不同的金屬，銅片和鋅片做為電極，鋅片做負(fù)極，銅做

3、正極，運(yùn)用檢流表，電壓表，發(fā)光二級管以及音樂賀卡來檢驗原電池是否正常工作，以及電流、電壓大小。原電池是將一個能自發(fā)進(jìn)展的氧化復(fù)原反響的氧化反響和復(fù)原反響分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。水果電池是利用兩種金屬片的電化學(xué)活性是不一樣的，其中更=較活潑的金屬片能置換出水果中的酸性物質(zhì)的氫離子，這樣，從理論上來說電流大小直接和果酸濃度相關(guān)，負(fù)極發(fā)生氧化反響，正極發(fā)生復(fù)原反響。本實(shí)驗所設(shè)計原電池正負(fù)極反響如下：銅鋅原電池電池反響方程式：Zn+2H+=Zn2+H2 負(fù)極(Zn)：Zn-2e-Zn2+正極(Cu：2H+2e-H2鋅電極失去電子，從導(dǎo)線經(jīng)過電流表到達(dá)銅外表，電流表指針發(fā)

4、生偏轉(zhuǎn)，電流方向與電子轉(zhuǎn)移的方向相反。鋅失電子成為Zn2+進(jìn)入溶液，溶液中陰離子移向負(fù)極，即Zn極。陽離子移向正極Cu。實(shí)驗裝置簡圖3實(shí)驗用品 儀器：導(dǎo)線、萬用表、電壓表、靈敏電流計、發(fā)光二級管、音樂賀卡 藥品：番茄、金屬電極銅片、鋅片4.實(shí)驗步驟1音樂賀卡處理：購置音樂賀卡一，撤除音樂賀卡的紐扣電池，在原來紐扣電池的正負(fù)極短焊接出兩個帶有鐵夾的導(dǎo)線，用于連接水果電池的正負(fù)極。2通過查閱文獻(xiàn)，番茄是一種酸味較強(qiáng)，性價比擬好的水果。買三個番茄，分別用小刀切成兩半，用一定寬度的銅片和鋅片平行插入一片番茄中，電極插入的高度和寬度Cu: 0.7*3.0，Zn：1.2*3.0用導(dǎo)線連接到靈敏電流計、電壓

5、表、發(fā)光二極管、音樂賀卡上，檢驗電流的產(chǎn)生。3改變銅電極寬度，搗碎番茄，和改用番茄汁，以及串聯(lián)不同個數(shù)的番茄重復(fù)步驟2中操作。 4收拾儀器整理臺面【實(shí)驗過程記錄】實(shí)驗實(shí)驗工程Cu電極的電解外表積Zn電極的電解外表積電流I/mA電壓U/V二極管的發(fā)光情況賀卡的情況1番茄沒碎0.7*3.01.2*3.00.20.4不亮發(fā)聲、不亮2番茄碎0.7*3.01.2*3.00.80.6不亮發(fā)聲、不亮3番茄碎2.0*3.01.2*3.02.80.85不亮發(fā)聲、不亮4番茄碎+超大銅片4.0*3.01.2*3.03.40.8不亮發(fā)聲、不亮5串連兩個番茄2.0*3.01.2*3.010.8亮聲音較大、不亮6串連三個

6、番茄2.0*3.01.2*3.01.11.2亮聲音較1大、發(fā)光7串聯(lián)五個番茄2.0*3.01.2*3.001.8亮聲音較2大、發(fā)光840mL PH=6 的果汁2.0*3.01.2*3.03.20.9穩(wěn)定不亮發(fā)聲、不亮實(shí)驗1圖片實(shí)驗2圖片實(shí)驗3圖片實(shí)驗4圖片實(shí)驗5圖片實(shí)驗6圖片三個番茄串聯(lián)，發(fā)光二級管發(fā)光，音樂賀卡不僅發(fā)光而且小燈泡也亮了實(shí)驗7圖片五個番茄串聯(lián)，發(fā)光二級管發(fā)光，音樂賀卡響起，小燈泡亮了實(shí)驗8圖片用番茄汁做電解液，音樂賀卡響起【問題探討】番茄是否搗碎對水果電池電流電壓的影響實(shí)驗實(shí)驗工程Cu電極的電解外表積Zn電極的電解外表積電流I/mA電壓U/V二極管的發(fā)光情況賀卡的情況1番茄沒碎

7、0.7*3.01.2*3.00.20.4不亮發(fā)聲、不亮2番茄碎0.7*3.01.2*3.00.80.6不亮發(fā)聲、不亮通過實(shí)驗1和實(shí)驗2可以發(fā)現(xiàn)在一樣的實(shí)驗條件下，搗碎的番茄，和沒搗碎的番茄相比，電流明顯增大，電壓升高，音樂賀卡都響起，這可能是因為番茄搗碎，番茄中的電解質(zhì)流動性增強(qiáng)，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，所以電流和電壓都增大，這也從次面說明，本次實(shí)驗成功的關(guān)鍵要選用新鮮，個大多汁的番茄進(jìn)展實(shí)驗，同時本次實(shí)驗也為中學(xué)實(shí)驗提供一定的實(shí)驗建議，對于導(dǎo)電性能交差的水果可以搗碎水果以增強(qiáng)水果電池的導(dǎo)電性。后續(xù)實(shí)驗為使現(xiàn)象更明顯都選用搗碎的番茄進(jìn)展實(shí)驗。銅電極寬度對水果電池電流電壓的影響實(shí)驗實(shí)驗工程Cu電極的電解外

8、表積Zn電極的電解外表積電流I/mA電壓U/V二極管的發(fā)光情況賀卡的情況2番茄碎0.7*3.01.2*3.00.80.6不亮發(fā)聲、不亮3番茄碎2.0*3.01.2*3.02.80.85不亮發(fā)聲、不亮4番茄碎+超大銅片4.0*3.01.2*3.03.40.8不亮發(fā)聲、不亮通過實(shí)驗1、實(shí)驗2和實(shí)驗3可以發(fā)現(xiàn)在一樣的實(shí)驗條件下，改變過銅電極寬度，電流明顯增大，電流從0.8mA增大到3.4mA,這是因為銅電極寬度增大，而插入深度不變，銅電極與水果接觸面積大，離子傳遞速度加快，增大了原電池的電流。因為在實(shí)驗室未能做成不同寬度的鋅片，故而無法完成不同鋅片寬度對原電池的性能的影響，但是可以預(yù)測隨著鋅片寬度的

9、增大，水果電池電流會逐漸增大。所以在做原電池的水果實(shí)驗時應(yīng)選用寬度適中的銅片寬度和鋅片寬度，以獲得較好電流和電壓，本實(shí)驗綜合考慮電流、電壓和銅片寬度的大小對插入番茄的方便性，選用了銅片寬度為2cm的銅電極繼續(xù)后續(xù)實(shí)驗。番茄串聯(lián)個數(shù)對水果電池電流電壓的影響實(shí)驗實(shí)驗工程Cu電極的電解外表積Zn電極的電解外表積電流I/mA電壓U/V二極管的發(fā)光情況賀卡的情況3番茄碎2.0*3.01.2*3.02.80.85不亮發(fā)聲、不亮5串連兩個番茄2.0*3.01.2*3.010.8亮聲音較大、不亮6串連三個番茄2.0*3.01.2*3.01.11.2亮聲音較1大、發(fā)光7串聯(lián)五個番茄2.0*3.01.2*3.00

10、1.8亮聲音較2大、發(fā)光通過實(shí)驗3、5、6、7可以發(fā)現(xiàn)，在保持其他條件不變的情況下，隨著串聯(lián)個數(shù)的增加，電流根本上逐漸減小，電壓根本上逐漸增大，音樂賀卡根本能響起，并隨著串聯(lián)個數(shù)的增加，音樂聲音明顯增大，發(fā)光二極管在串聯(lián)兩個番茄是就可以發(fā)光，但是及其微弱，是一閃一閃的亮光，值得注意的是串聯(lián)5個番茄時，靈敏電流計的顯示值為0，說明電流可能很小，小到靈敏電流計檢測不出來，但是發(fā)光二級管的亮度卻是最好的，音樂賀卡的發(fā)聲比擬大，能完整的唱出整首音樂。而電壓隨著串聯(lián)個數(shù)增大，但是電流卻減小主要是因為隨著串聯(lián)個數(shù)增加，兩電極間距離增大，同時導(dǎo)線增多，所設(shè)計原電池電阻增大，故而電壓增大電流卻減小。番茄汁對水

11、果電池電流電壓的影響實(shí)驗實(shí)驗工程Cu電極的電解外表積Zn電極的電解外表積電流I/mA電壓U/V二極管的發(fā)光情況賀卡的情況1番茄沒碎0.7*3.01.2*3.00.20.4不亮發(fā)聲、不亮2番茄碎0.7*3.01.2*3.00.80.6不亮發(fā)聲、不亮840mL PH=6 的果汁2.0*3.01.2*3.03.20.9穩(wěn)定不亮發(fā)聲、不亮通過實(shí)驗1、2、8的比照發(fā)現(xiàn)，使用番茄汁，電池的電流顯著增大，但是電壓增大并不明顯，這可能是因為番茄汁流動性強(qiáng)，導(dǎo)電能力強(qiáng)，所以電流和電壓都增大?！緦?shí)驗反思】通過以上實(shí)驗探究，說明水果本身，電極材料寬度，水果串聯(lián)個數(shù)都對水果電池產(chǎn)生影響： 1搗碎水果電池或者用水果汁可

12、以增大原電池電流，這主要是因為搗碎水果和使用水果汁都能使得水果中電解質(zhì)流動性增強(qiáng)，導(dǎo)電能力增大，故而電流電壓都增大。2隨著電極浸入水果中電解質(zhì)的外表積增大，水果電池電流增大。3隨著串聯(lián)個數(shù)的增加，電壓增大，兩電極間距離增大，電阻增大，電流減小。4對于中學(xué)化學(xué)演示實(shí)驗可以選取音樂賀卡進(jìn)展改裝實(shí)驗，因為音樂賀卡實(shí)驗現(xiàn)象明顯，且在較低的電壓和電流下均能發(fā)聲，實(shí)驗較為有趣，能較好吸引同學(xué)們參與，提高學(xué)生實(shí)驗積極性，故而適合中學(xué)做演示實(shí)驗或者學(xué)生探究性實(shí)驗。本文雖對影響水果電池電壓和電流的因素通過數(shù)據(jù)進(jìn)展了分析，但仍存在缺乏之處。在探究電解質(zhì)與電壓及電流大小的關(guān)系時，選擇水果種類較少，未對電解質(zhì)進(jìn)展pH值和含水量的測量，是本實(shí)驗的缺乏之處。在探究電極材料寬度與電壓及電流大小的關(guān)系時，無法進(jìn)展鋅電極的實(shí)驗比照，無法由實(shí)驗數(shù)據(jù)推斷出普遍性結(jié)論。同時在實(shí)驗中因為水果本身形狀的影響，無法準(zhǔn)確量取兩電極間距離，故而原來設(shè)計的探究兩電極間距離對