原電池演示實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn) 2

1、. 【提出問(wèn)題】在人教版“普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)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(shí)了電池的實(shí)質(zhì)，同學(xué)們能否自己動(dòng)手，運(yùn)用生活中的材料制作簡(jiǎn)易電池，如何制作呢？又如何檢驗(yàn)原電池是否正常工作？如果根據(jù)實(shí)踐活動(dòng)“利用水果如蘋(píng)果、檸檬或番茄等制作原電池。則, 如何才能做成一個(gè)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(shí)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(wèn)題的習(xí)慣;4. 加強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案】1. 實(shí)驗(yàn)思路水果中含有大量糖類(lèi)、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(dòng)通常將兩個(gè)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(shí)使用檢流計(jì)來(lái)檢驗(yàn)原電池，該實(shí)驗(yàn)在理論上是可行的,但實(shí)際操作過(guò)程中往往收不到理想的效果。原因在于通過(guò)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(jì)在很多時(shí)候也很難測(cè)出如此微小的電流。故而本實(shí)驗(yàn)利用音樂(lè)賀卡和發(fā)光二級(jí)管來(lái)檢驗(yàn)原電池是否正常工作，同時(shí)探究水果電池所產(chǎn)生的電流大小與電壓與水果電池個(gè)數(shù)，電極材料及電極之間的關(guān)系。2實(shí)驗(yàn)原理運(yùn)用生活中常見(jiàn)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(jí)管以及音樂(lè)賀卡來(lái)檢驗(yàn)原電池是否正常工作，以及電流、電壓大小。原電池是將一個(gè)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(lái)說(shuō)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(yàn)所設(shè)計(jì)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(guò)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(yáng)離子移向正極Cu。實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖3實(shí)驗(yàn)用品 儀器：導(dǎo)線、萬(wàn)用表、電壓表、靈敏電流計(jì)、發(fā)光二級(jí)管、音樂(lè)賀卡 藥品：番茄、金屬電極銅片、鋅片4.實(shí)驗(yàn)步驟1音樂(lè)賀卡處理：購(gòu)置音樂(lè)賀卡一，撤除音樂(lè)賀卡的紐扣電池，在原來(lái)紐扣電池的正負(fù)極短焊接出兩個(gè)帶有鐵夾的導(dǎo)線，用于連接水果電池的正負(fù)極。2通過(guò)查閱文獻(xiàn)，番茄是一種酸味較強(qiáng)，性價(jià)比擬好的水果。買(mǎi)三個(gè)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(jì)、電壓

5、表、發(fā)光二極管、音樂(lè)賀卡上，檢驗(yàn)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(gè)數(shù)的番茄重復(fù)步驟2中操作。 4收拾儀器整理臺(tái)面【實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄】實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(méi)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(gè)番茄2.0*3.01.2*3.010.8亮聲音較大、不亮6串連三個(gè)

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(gè)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(yàn)1圖片實(shí)驗(yàn)2圖片實(shí)驗(yàn)3圖片實(shí)驗(yàn)4圖片實(shí)驗(yàn)5圖片實(shí)驗(yàn)6圖片三個(gè)番茄串聯(lián)，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，音樂(lè)賀卡不僅發(fā)光而且小燈泡也亮了實(shí)驗(yàn)7圖片五個(gè)番茄串聯(lián)，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，音樂(lè)賀卡響起，小燈泡亮了實(shí)驗(yàn)8圖片用番茄汁做電解液，音樂(lè)賀卡響起【問(wèn)題探討】番茄是否搗碎對(duì)水果電池電流電壓的影響實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(méi)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(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2可以發(fā)現(xiàn)在一樣的實(shí)驗(yàn)條件下，搗碎的番茄，和沒(méi)搗碎的番茄相比，電流明顯增大，電壓升高，音樂(lè)賀卡都響起，這可能是因?yàn)榉褤v碎，番茄中的電解質(zhì)流動(dòng)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(shuō)明，本次實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵要選用新鮮，個(gè)大多汁的番茄進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，同時(shí)本次實(shí)驗(yàn)也為中學(xué)實(shí)驗(yàn)提供一定的實(shí)驗(yàn)建議，對(duì)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(yàn)為使現(xiàn)象更明顯都選用搗碎的番茄進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。銅電極寬度對(duì)水果電池電流電壓的影響實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3可以發(fā)現(xiàn)在一樣的實(shí)驗(yàn)條件下，改變過(guò)銅電極寬度，電流明顯增大，電流從0.8mA增大到3.4mA,這是因?yàn)殂~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?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室未能做成不同寬度的鋅片，故而無(wú)法完成不同鋅片寬度對(duì)原電池的性能的影響，但是可以預(yù)測(cè)隨著鋅片寬度的

9、增大，水果電池電流會(huì)逐漸增大。所以在做原電池的水果實(shí)驗(yàn)時(shí)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(yàn)綜合考慮電流、電壓和銅片寬度的大小對(duì)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(yàn)。番茄串聯(lián)個(gè)數(shù)對(duì)水果電池電流電壓的影響實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(gè)番茄2.0*3.01.2*3.010.8亮聲音較大、不亮6串連三個(gè)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(gè)番茄2.0*3.01.2*3.00

10、1.8亮聲音較2大、發(fā)光通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(lè)賀卡根本能響起，并隨著串聯(lián)個(gè)數(shù)的增加，音樂(lè)聲音明顯增大，發(fā)光二極管在串聯(lián)兩個(gè)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(gè)番茄時(shí)，靈敏電流計(jì)的顯示值為0，說(shuō)明電流可能很小，小到靈敏電流計(jì)檢測(cè)不出來(lái)，但是發(fā)光二級(jí)管的亮度卻是最好的，音樂(lè)賀卡的發(fā)聲比擬大，能完整的唱出整首音樂(lè)。而電壓隨著串聯(lián)個(gè)數(shù)增大，但是電流卻減小主要是因?yàn)殡S著串聯(lián)個(gè)數(shù)增加，兩電極間距離增大，同時(shí)導(dǎo)線增多，所設(shè)計(jì)原電池電阻增大，故而電壓增大電流卻減小。番茄汁對(duì)水

11、果電池電流電壓的影響實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(méi)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(guò)實(shí)驗(yàn)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?yàn)榉阎鲃?dòng)性強(qiáng)，導(dǎo)電能力強(qiáng)，所以電流和電壓都增大?！緦?shí)驗(yàn)反思】通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)探究，說(shuō)明水果本身，電極材料寬度，水果串聯(lián)個(gè)數(shù)都對(duì)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?yàn)閾v碎水果和使用水果汁都能使得水果中電解質(zhì)流動(dòng)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(gè)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(duì)于中學(xué)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)可以選取音樂(lè)賀卡進(jìn)展改裝實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐魳?lè)賀卡實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，且在較低的電壓和電流下均能發(fā)聲，實(shí)驗(yàn)較為有趣，能較好吸引同學(xué)們參與，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性，故而適合中學(xué)做演示實(shí)驗(yàn)或者學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)。本文雖對(duì)影響水果電池電壓和電流的因素通過(guò)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(shí)，選擇水果種類(lèi)較少，未對(duì)電解質(zhì)進(jìn)展pH值和含水量的測(cè)量，是本實(shí)驗(yàn)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(shí)，無(wú)法進(jìn)展鋅電極的實(shí)驗(yàn)比照，無(wú)法由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推斷出普遍性結(jié)論。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中因?yàn)樗旧硇螤畹挠绊?，無(wú)法準(zhǔn)確量取兩電極間距離，故而原來(lái)設(shè)計(jì)的探究?jī)呻姌O間距離對(duì)