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测定水果电池的电动势和内阻的实验探究 山东省寿光市寿光中学 人教版高中《物理 (选修3-1) 》第二章“恒定电流”中的“测定电池的电动势和内阻”实验, 是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用。本节课是本章的重点, 也是难点。测定干电池的电动势和内阻的实验相对比较枯燥, 为了加强学生的感性认识, 选取水果为材料, 探究水果电池的电动势和内阻。然而, 课本上并没有详细的实验过程, 且使用伏安法实验结果并不理想。笔者在原有实验的基础上, 精心设计了实验探究环节, 使各个环节能够环环相扣, 水到渠成。 新课标倡导探究性学习。探究性学习能让学生从探究中主动获取知识、应用知识和解决问题, 从而促进学习方式的变革。笔者在延续教材实验优点的基础上, 利用水果为材料, 探究水果电池的电动势和内阻, 根据酸碱性对比不同水果的差别。通过创新, 将该验证性实验改进成探究性实验, 更好地培养了学生的自我探究能力, 提高了学生解决问题的能力。 二、实验探究 (一) 实验仪器与材料 p H试纸、水果 (火龙果、柠檬、苹果、土豆、西红柿、桃等) 、电阻箱、电压表、刻度尺、灵敏电流计、刀、铜丝、铁丝、导线若干。 (二) 实验探究过程 (1) 制作水果电池 把铜丝和铁丝插入到柠檬中 (铜丝和铁丝在柠檬中绝对不能碰到一起) , 铜丝相当于电池的正极, 铁丝相当于电池的负极 (见图1) 。其中铜丝可以用簇新的五毛硬币代替, 铁丝可以用铁钉替代。 图1 干电池与水果电池 (2) 测定水果电池的电动势和内阻 传统的实验方法———伏安法 (见图2) :闭合电键, 调节滑动变阻器, 使灵敏电流计有明显示数。实际实验中读数变化不明显, 电压表示数接近零。缺点: (1) 需同时读两个表的值。 (2) 电表示数变化不明显, 很难读数。 图2 伏安法 伏阻法 (见图3) :闭合电键, 调节变阻箱, 电压表有示数, 但无明显变化。 图3 伏阻法 安阻法 (见图4) :闭合电键, 调节变阻箱, 灵敏电流计有示数, 且有明显变化。 图4 安阻法 通过实验现象, 发现安阻法最合理。 (3) 探究电路连接好之后, 能否一直闭合开关 观察灵敏电流计的变化, 发现电流计的示数会随着时间有明显下降。这说明水果电池不稳定, 实验时要注意读完数据后迅速断开开关。 (4) 探究水果电池的电动势和电阻与铜丝和铁丝插入的深度以及两者直接的距离的关系 实验步骤 (以柠檬电池为例, 见图5) : 图5 实验电路图和实物图 (1) 用安阻法把器材连接好, 铜丝和铁丝分别插入2cm, 间距3cm, 灵敏电流计0~300μA, 内阻100Ω。 (2) 把变阻器调到1000Ω。闭合电键, 记录灵敏电流计的读数I1, 迅速断开开关。 (3) 把变阻器调到2000Ω。闭合电键, 记录灵敏电流计的读数I2, 迅速断开开关。 (4) 将铜丝和铁丝分别插入4cm, 间距3cm, 重复步骤 (2) ~ (3) , 记录 (5) 将铜丝和铁丝分别插入2cm, 间距1.5cm, 重复步骤 (2) ~ (3) , 记录 表1 实验数据 (6) 数据处理。依据表1数据, 联立方程式求出E、r。
通过控制变量法发现, 随着铜丝和铁丝相距越近、插入越深, 电池的内阻越小, 电动势变化不大 (见表2) 。 表2 对比结果
(5) 探究其他水果电池的电动势和电阻及其与水果的p H值的关系 用同样的方法, 测定其他水果的电动势和电阻, 以及与水果的p H值。水果电池的电动势比较小, 内阻很大 (见表3) 。水果的酸性越强, 电池的电动势越大。 表3 多种水果的实验结果
三、创新后的优点 (1) 实验中发现采用传统伏阻法时, 电表示数变化不明显, 尝试新的实验方法, 培养了学生敢于质疑的精神。而且用安阻法只用一个电表, 读数更方便。 (2) 用灵敏电流计代替电流表, 实验效果更加明显, 优化实验器材。 (3) 采用创新性实验, 引导学生细心观察, 总结注意事项, 培养学生发现问题、解决问题的能力。 (4) 根据已掌握的物理知识设计实验方案、探索物理规律。用已知内阻的灵敏电流计, 优化公式, 避免了由于电流计分压引起的误差。通过控制变量法, 得到水果电池电动势和内阻的影响因素。 (5) 用其他水果做实验, 通过形象的对比增加学生的兴趣。利用p H试纸, 根据水果的酸碱性, 总结规律。开放性的实验, 发散思维, 培养学生不断探索的精神。 四、实验反思 (1) 既然水果电池可以产生一定的电压, 那么为什么不应用到生活当中去呢?几个水果串联起来大约有2V左右的电压。想要在实际生活中有所应用, 电压必须达到一个较高的值, 所需要的水果将是一个十分庞大的数量, 这样显然是不符合环保要求的。另外, 如果使用串联电路, 一旦其中一个水果发生断路, 整个电路就将断开。检查水果电池的电路问题, 比其他电路更麻烦。如果使用并联电路, 电压无法叠加, 还会造成短路, 显然也是不行的。水果电池的耐久性远不如其他电池, 更换水果也将比其他电池更麻烦。每次要把经过处理的水果换掉, 将是一个浩大的工程。 (2) 为什么伏安法、伏阻法对水果电池实验来说不合理?水果电池电动势很小, 内阻很大, 滑动变阻器或者变阻箱的分电压很小, 所以很难读数。而且使用伏安法, 同时读两个表的数值, 时间比较长。而水果电池损耗快, 严重影响实验结果。 (3) 为什么测的数值都不一样?水果电池不稳定, 插入深度、距离、测量时间以及软硬程度等都可能影响其性能。 文章来源于《教育与装备研究》2017年9期 |
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来自： 新用户9190CaA4 > 《待分类》
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。实验所得数据见表1。
