人教版新課標(biāo)九年級物理新實驗與探究方法12個課題蘋果電池

1、課題 1：蘋果生電的實驗一、內(nèi)容解讀一級主題“物質(zhì)”下的主題“物質(zhì)的屬性”下又有四個三級主題。其中第一個主題就是“能描述物質(zhì)的一些屬性。嘗試將這些屬性與日常生活中物質(zhì)的用途起來”。該主題第一點“描述物質(zhì)的一些屬性”屬于了解水平。該主題的第二點“嘗試將這種屬性與日常生活中物質(zhì)的用途起來”屬于操作水平。該主題通過理論實際，使得學(xué)生對自然界有了好奇，通過本課題“蘋果生電”的實驗研究，培養(yǎng)學(xué)生樂于探索自然界現(xiàn)象和日常生活中的物理學(xué)1課題目標(biāo)（1）了解生物體也可以產(chǎn)生電這一屬性以及影響這一屬性的因素。（2）經(jīng)歷擬訂簡單的科學(xué)探究計劃和實驗方案，體會應(yīng)用已知的科學(xué)規(guī)律去解釋某些具體問題。具有初步的分析概括

2、能力（3）形成對自然界的好奇，領(lǐng)悟自然現(xiàn)象中的美妙，樂于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學(xué)。2背景描述我們知道水的需要水位差，同樣電荷的移動也要有電勢差，一個電路中如要有電流就需要一種能維持這種電位差或電壓的裝置，這個裝置就是電源。化學(xué)電池是生活中常用的電源，世界上最早的化學(xué)電池是伏打設(shè)計并制成的，他把銀和鋅作為兩個電極食鹽溶液中，制成了最簡單的化學(xué)電池伏打電池。是簡單化學(xué)電池的原理圖，在這個電池中，一個電極是銅片，另一個電極是鋅片，電解質(zhì)是稀硫酸?；瘜W(xué)反應(yīng)發(fā)生在電解質(zhì)和電極之間，反應(yīng)使鋅電極帶上負電荷，銅電極帶上正電荷。因為兩個電極帶異種電荷，它們之間就存在了電壓。電壓引起電荷。如果把兩個電極

3、用導(dǎo)線連到電路中，自由電荷在電位差（或電壓）作用下就會從電池的一個電極流向另一個電極，換句話說，化學(xué)電池在導(dǎo)線中產(chǎn)生了電流。電荷通過電解質(zhì)流回，一個完整的回路。水果中的水果酸，它也是一種很好的電解質(zhì)，我們設(shè)想如果在一個蘋果中兩個電極，會象化學(xué)電池一樣能產(chǎn)生電壓呢？本課題就是利用蘋果制作化學(xué)電池，來研究蘋果能否產(chǎn)生電壓，以及決定蘋果所產(chǎn)生電壓大小的因素。二、材料器具1兩枚鍍鋅的釘子，約 10cm 長兩片跟釘子大小差不多的銅片，3 根約 30cm 長、兩端約 2cm 已剝?nèi)ソ^緣層的導(dǎo)線（材料），兩塊彈子球大小的黏土，4 只（帶彈簧），3 只蘋果（大小不一樣）2電流表（微安）、發(fā)光二極管（器具）三、

4、教學(xué)建議本課題是學(xué)生在學(xué)習(xí)了電流和電路后開展的研究，此時學(xué)生已經(jīng)知道了電流的概念及一些常用的電器元件，如電池、電流表、電壓表等。也知道了金屬中有自由移動的電子，這些電子它們的運動是雜亂無章的，一旦接上電池后，它們就受到了推動，出現(xiàn)了定向移動，于是形成了電流。同時學(xué)生也知道一些常用的電池及干電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。教師在此基礎(chǔ)上可以提出，除了干電池外，有沒有濕電池，從而提出化學(xué)電池的概念。在教學(xué)過程中教師可以向?qū)W生介紹一下電池產(chǎn)生的歷史，伏打電池的結(jié)構(gòu)和原理等。接著教師可以再提出這樣的問題：水果也能制作電池，你也試試吧。哪種水果、電極組合好些？之后由學(xué)生討論尋找材料，在本課題中學(xué)生提出了用蘋果做電池，并

5、設(shè)計了實驗方案。1 研究蘋果電池電流、電壓的大小和蘋果大小無關(guān)；2 研究蘋果電池電流、電壓大小與電極深度的關(guān)系；3 研究蘋果電池電流、電壓大小與電極大小的關(guān)系；4 研究蘋果電池電流、電壓大小與電極間距離的關(guān)系；5 研究蘋果電池的放電時間長短；6 研究蘋果電池的驅(qū)動能力。本實驗應(yīng)該是開放式的探究實驗，教師除了必要的指導(dǎo)外，都有學(xué)生來完成。提示：每一位同學(xué)體驗完后要四、活動展開用棉花對線頭進行處理后1動手實踐，探究再讓另一位同學(xué)體驗把一枚鍍鋅的釘子蘋果中，留出約 34cm 的釘子在蘋果外面，同時把一片銅片插進蘋果。在釘子與銅片露在蘋果外面的一端連接上導(dǎo)線，叫三名同學(xué)上來，將兩根導(dǎo)線的另外一端放在學(xué)

6、生的舌頭上，三名同學(xué)都體驗完后，讓他們談一談的感受。三位同學(xué)都回答舌頭感到有點麻。教師問：為什么從插在蘋果上的釘子與銅片接出的導(dǎo)線放在舌頭上感覺到麻呢？2觀察議論，大膽猜想學(xué)生經(jīng)觀察討論后回答出是由于產(chǎn)生了電流的緣故后，教師繼續(xù)問：（1）蘋果電池產(chǎn)生的電流、電壓的大小和哪些因素有關(guān)呢？（2）它又能持續(xù)多長時間呢？（3）蘋果電池能驅(qū)動儀器和設(shè)備工作嗎？（4）采取怎樣的措施可以讓蘋果電池的電流（電壓）增加，更容易驅(qū)動儀器和設(shè)備？建議：讓學(xué)生觀察整個裝置，學(xué)生相互議論：（1） 電極上的正負電荷蘋果電池和化學(xué)電池非常相似，化學(xué)電池由兩個電極組成，電極與電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使一個電極上帶負電荷，另一個電極

7、上帶正電荷。（2） 電流大小跟電極和蘋果接觸面的關(guān)系電極上帶的電荷越多電流越大，那么蘋果中的兩個電極增大，電極與果酸的接觸面積增大，反應(yīng)變得強烈，產(chǎn)生的電流（電壓）相應(yīng)增大。（3） 電流大小跟兩個電極相互之間的距離有何關(guān)系兩個電極越靠近，中間隔的果肉就越少，也就意味著兩個電極之間的電阻減小了，流相應(yīng)地就增大了，所以蘋果電池電流的大小還和兩個電極間的距離有關(guān)。（4） 蘋果的大小會對其產(chǎn)生的電流有影響呢？兩個電極的大小一定時，一定的時間內(nèi)和兩極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的果酸的量是一定的，蘋果的大小對其產(chǎn)生的電流（電壓）的大小沒有影響。（5） 電流怎么會逐步消失了呢蘋果中的果酸均勻地分而在蘋果中，要與電極發(fā)生化

8、學(xué)反應(yīng)，要從蘋果的各個部位慢慢地到達電極附近，所以蘋果中的果酸要用很長的時間才能被反應(yīng)完，相應(yīng)地電流也要持續(xù)很長的時間。正因反應(yīng)緩慢，所以產(chǎn)生的電流很小的，蘋果電池兩端的電壓也是比較小的。蘋果電池的電流估計只有幾十到幾百微安，電壓也只有零點幾伏，所以無法驅(qū)動例如電子表、計算器，小電珠等儀器和設(shè)備?；瘜W(xué)電池中電極和電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電荷，電荷在完整的回路中形成了電流，溶液中的電解質(zhì)要逐漸地才能與電極接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)全部電解質(zhì)都發(fā)生反應(yīng)后就無法再產(chǎn)生電荷，電流也就消失了。日常生活中手電筒中的干電池是兩個或兩個以上的電池以串聯(lián)的方式連接在一起的，可以將兩個蘋果電池以串聯(lián)的方式連接在一起來增加

9、其電流和電壓，從而可以用來驅(qū)動儀器和設(shè)備。通過以上推測可以想到：蘋果電池產(chǎn)生的電流的大小和電極蘋果的深度，兩電極的大小，兩電極之是的距離有關(guān)，與蘋果的大小無關(guān)。蘋果電池產(chǎn)生的電流持續(xù)的時間較長。雖然蘋果電池產(chǎn)生電壓都比較弱，但我們可以將多個蘋果電池串聯(lián)以達到驅(qū)動儀器和設(shè)備的目的。3啟示思路，破釋猜想通過怎樣的實驗來檢驗以上猜想呢？這個實驗需要解決三個問題。同學(xué)們討論了解決這三個問題的各種可能方法：說明：選擇 E 是考慮到同一品種的蘋果其性質(zhì)也有一定的差異，而同一個蘋果各部分之間的差異較??；（1）如何改變兩個電極的大?。繉W(xué)生 A：換用大小不同的釘子、銅片？學(xué)生 B：改變蘋果的釘子與銅片的深度來改

10、變兩個電度的大小。（2）如何讓蘋果的大小改變的比較明顯？學(xué)生 C：挑選個頭相差比較大的幾個蘋果做實驗。學(xué)生 D：將蘋果榨成汁，倒在燒杯中，通過改變燒杯中蘋果汁的量來改變蘋果的大小。學(xué)生 E：選一個大一點的蘋果，做實驗的過程中用刀每次切去它的 1/4。（3）如何測蘋果電池產(chǎn)生的電流持續(xù)時間的長短？學(xué)生 F：電流表的示數(shù)，用秒表測一測電流表有示數(shù)的時間。學(xué)生 G：讓它驅(qū)動電子表，看電子表能走多長時間。不用心學(xué)生 H：將蘋果電池的正負極短路，每隔一段時間測一次電流的大小。教師建議：用學(xué)生 B、E、H 提出的方法外加用電子表測試蘋果電池的驅(qū)動能力的方法來組成探究實驗的方案。（1）研究蘋果電池電流、電壓

11、的大小和蘋果大小無關(guān)按照教師的建議，學(xué)生分小組進行實驗操作：把蘋果、釘子、銅片、導(dǎo)線、電流表（電壓表）按照片所示接好，每測完一次電流和電壓，從蘋果上切去 1/4。將測得的電流和電壓值填入下表（表 1）。蘋果電流與蘋果大小的關(guān)系1201101001個3/4個1/2個1/4個蘋果電壓和蘋果大小的關(guān)系0.3 0.20.101個3/4個1/2個1/4個（2）研究蘋果電池電流、電壓大小與電極深度的關(guān)系在第一項研究的基礎(chǔ)上，換另一只蘋果，如所示，逐步將釘子、銅片插到蘋果中去，深一點，讀蘋果大小11/41/21/4短路電流 I（A）110105110120開路電壓 U（V）0.280.250.250.28一

12、次電流和電壓的值，并將數(shù)據(jù)填入下表（表 2）。蘋果電流與電極深度的關(guān)系20010001厘米 2厘米 3厘米 4厘米 5厘米 6厘米蘋果電壓與電極深度的關(guān)系0.40.30.20.101厘米 2厘米 3厘米 4厘米 5厘米 6厘米（3）研究蘋果電池電流、電壓大小與電極大小的關(guān)系與第二項研究相比，是另一種改變電極大小的方法，選用寬度不同的銅片，保證每次接入電路時，銅片蘋果的深度是一樣的。將每次得到的電流和電壓值填入下表（表 3）。蘋果電流與電極寬度的關(guān)系蘋果電壓與電極寬度的關(guān)系1501005000.30.20.100.4厘米0.55厘米0.7厘米0.9厘米0.4厘米 0.55厘米 0.7厘米 0.9

13、厘米電極寬度 d（cm）0.40.550.70.9短路電流 I（A）90100110115開路電壓 U（V）0.180.190.200.22電極深度 h（cm）123456短路電流 I（A）5070100130160180開路電壓 U（V）0.120.180.220.270.300.34（4）研究蘋果電池電流、電壓大小與電極間距離的關(guān)系固定一個電極，將另一個電極沿直徑方向一方面移動，以改變兩電極間的距離?；?qū)⒘硪浑姌O沿蘋果截面的圓周移動，改變兩電極間的距離，并將每次測得的電流和電壓值填入下表（表 4）蘋果電壓與電極間距蘋果電流與電極間距的關(guān)系0.60.40.2020010004.6厘米3.3厘

14、米 1.8厘米 0.9厘米 4.6厘米3.3厘米1.8厘（5）研究蘋果電池的放電時間長短將蘋果電池的兩個極直接用導(dǎo)線連接起來，每隔一定的時間測一次蘋果電池的電流和電壓，直到電放完為止。（6）研究蘋果電池的驅(qū)動能力將音樂賀卡上的發(fā)光二極管拿下來，分別測試 1 個蘋果電池、2 個蘋果電池串聯(lián)，3 個蘋果電池串時發(fā)光二極管發(fā)光的亮度。五、分析討論電極間的距離 L（cm）4.63.31.80.9短路電流 I（A）130140150170開路電壓 U（V）0.220.300.350.40在研究蘋果產(chǎn)生的電流和電壓的大小與蘋果大小的關(guān)系時，是否保持電極的深度，電極的大小，電極的間距不變呢？簡答：我們在研究

15、幾個量之間的關(guān)系時，常確定某幾個量，然后研究剩下的兩個量之間的關(guān)系。這種方法我們稱之為變量法。從我們得到的數(shù)據(jù)中可以分析得出蘋果產(chǎn)生的電流和電壓與蘋果的大小無關(guān)。但我們在研究的過程當(dāng)中，因為改變蘋果的大小同時也改變了兩個電極之一間的距離。這個改變對實驗的結(jié)果有一定的影響，但影響不是很大。從電極之間的間距對蘋果電流、電壓的影響數(shù)據(jù)中可以看出。其它的因素保持不變的。這些因素都做了充分考慮后，實驗的結(jié)果是可靠的。六、活動延伸延伸 1 只有蘋果能產(chǎn)生電嗎？試一試橙子、橘子、西紅柿等其它水果。比較一下這些水果當(dāng)中哪一種產(chǎn)生的電流強，電壓高?；顒右螅翰煌M行比較時要保持兩種水果的量相同，而且為了減少

16、偶然因素對實驗結(jié)果的影響，要進行多次實驗，且每一組實驗時使水果的量不同?；顒犹崾荆翰煌N類的水果形狀、大小可能不同，相互比較時，為了量的相同，可以先將所有的水果都榨成汁，然后將水果汁放在燒杯中進行比較研究。提示：這一結(jié)論可以用來延伸 2 蘋果的成熟程度對蘋果電池的電流和電壓測試蘋果的成熟程度的大小有沒有影響呢？如果我們的假設(shè)經(jīng)過實驗證實，這一結(jié)論將有怎樣的實際意義呢？活動要求：再進行研究前，要求學(xué)生上網(wǎng)查資料，了解蘋果成熟過程中化學(xué)成份的變化。然后回到課題中，分析蘋果的成熟度對蘋果對有影響的因素?；顒犹崾荆簽楸ＷC實驗的科學(xué)性和實驗數(shù)據(jù)的有效性，到蘋果園去摘兩個同棵樹上的成熟程度不同的蘋果七、資

17、料集粹1電池的科學(xué)電池由兩個電極和電極之間的電解質(zhì)，因而電化學(xué)的研究內(nèi)容應(yīng)包括兩個方面：一是電解質(zhì)的研究，即電解質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其中電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論；另一方面是電極的研究，即電極學(xué)，其中包括電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，也就是電極和電解質(zhì)界面上的電化學(xué)行為。電解質(zhì)學(xué)和電極學(xué)的研究都會涉及到化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置,也稱為化學(xué)電池;但不是所有的電池都屬于此類化學(xué)電池。（摘自）2微生物電池在探索微生物能源工作中，一些正在從事著微生物電池的研究。什么是微生物電池呢？它是一種用微生物的代謝產(chǎn)物，做電極活性物質(zhì)，從而獲取電能。從研究的進展看，做為微生物電