探究水果电池电压的影响因素                                      

山西省大同市第十中学校270班    吴昊    指导教师：王照利

【摘  要】: 该实验主要探究水果电池电压的影响因素，主要从电极插入深度，电极之间的距离，电极的材料，水果的种类等方面入手。通过观察实验现象，记录分析数据进而得出结论

【关键词】：水果，电压，电极，距离，深度           

【探究背景】：在学习完八年级下册的电压之后，同学们对水果电池颇感兴趣，由于课上时间有限，所以也没有对它做更深一步的研究。希望通过此实验可以更直观的进行分析论证，进而发现新问题，不断探究，不断学习，增长知识

正文

【实验名称】：探究水果电池电压的影响因素

【实验目的】：通过实验了解水果电池电压的影响因素

【实验器材】：各种水果若干，铜、铁、锌、铝电极，导线若干，电压表（0-3V）一个，刻度尺一把

【实验猜想】

1.  水果电池的电压跟水果种类有关

2.  水果电池的电压跟电极种类有关

3.  水果电池的电压跟电极插入它的深度有关

4.  水果电池的电压跟电极之间的距离有关

……

【实验步骤】

   1.保证电极的种类，电极插入深度，电极之间的距离保持不变，只改变水果的种类（柠檬，梨子，苹果，番茄，水蜜桃），观察电压表的示数，实验数据如表一

                                表一

2.保证水果种类，插入深度，距离不变，只改变电极种类（铜铁，铜锌，铜铝），观察电压表的示数，实验数据如表二

    

                                表二

3.保证水果种类，电极种类，距离不变，只改变插入深度（1cm,2cm,3cm）,观察电压表的示数，实验数据如表三

                                表三

4.保证水果之类，电极种类，插入深度不变，只改变电极之间的距离（2cm,3cm,4cm）观察电压表的示数，实验数据如表四

                                 表四

【实验总结、结论】

1.表一数据可知，当两电极之间的距离、电极插入深度和电极种类都相同时，不同种水果产生的电压不同，产生电压的大小由大到小依次是：柠檬、梨子、苹果、番茄、水蜜桃。         

理论依据：能够做电解液的是酸、碱、盐的水溶液，所以水果中含酸的浓度越高，产生的电压就越大。

     2.表二数据可知，当水果种类、两电极之间的距离、电极插入深度都相同时，不同种电极搭配所产生的电压不同，产生电压的大小由小到大依次是：铜铁、铜锌、铜铝。

      理论依据：金属越活泼，和水果内的酸反应地越快速，产生电压越大

3. 由表三数据可知，两电极间的距离一定时，电极插入的深度越深，产生的电压越大。

理论依据：电极插入的越深，与水果的接触面积就越大，可以吸引电荷的面积就越大，对电荷的吸引力变大，所吸引的电荷数就越多，所以电压就越大。

4.电极插入的深度一定时，两电极间的距离越大，产生的电压越小。

理论依据：电极吸引电荷的能力（或者说电级对电荷的控制力）是一定的，两电极之间的距离越大，电极对电荷的吸引力就越小，所吸引的电荷数就越少，所以电压就越小。另外两电极之间的距离越大，正电荷与电子相互移动的阻力就越大，移动的速度就越慢，所以电流就越小。

【实验反思】

1.  水果电解液在日常使用中，势必会发生变质的现象，如何解决这一问题是水果电池制作的关键之一。我们认为，使用防腐添加剂是解决此问题的方法之一。但防腐添加剂是否会对水果导电性能产生影响？如，水果电解液中的物质是否会与防腐添加剂发生反应？防腐添加剂是否会降低水果电池的导电性？何种防腐添加剂适宜用于水果电解液的防腐中？适宜的防腐添加剂是否廉价易得？这些都是我们需要进一步探讨的问题

2.  腐烂的水果是否具有导电性还有待探究。在本次实验中，我们没有进行对腐熟水果导电性能的研究。但在实际生活中，腐烂的水果可以成为很好的肥料，那么，它的导电性能是否也没有改变呢？若能够以腐烂水果制作水果电池则能避免种植的水果腐烂后只能大批处理的浪费现象，有效地利用资源。

【参考资料】  

1.   水果（苹果、梨子、橙子、橘子和西红柿等）中含有大量的水果酸，是一种很好的电解质。如果在水果中插入两个电极，就会象化学电池一样能产生出电流。影响水果产生电流大小的因素很多，有水果自身的原因（如水果的种类、水果的大小和成熟程度），还有外界的原因，如插入水果的两个电极的大小、两电极间距和插入的深度等因素。在研究多种变量的探究中，关键是要控制好变量，即在探究某个变量产生的电流的影响时，其它的各种变量保持不变，并在对照中发现该变量的影响效果。

2.   世界上最早的化学电池是意大利物理学家伏打（Alessandro Volta）设计并制成的。他把铜和锌作为两个电极插入食盐溶液中（或酸、碱的溶液中），制成了最简单的化学电池。在这个电池中，一个电极是铜片，另一个电极是锌片，电解质是稀硫酸。化学反应发生在电解质和电极之间，因为两个电极带异种电荷，它们之间就存在了电压。电压引起了电荷的流动

3.   水果电池的的发电原理是：两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更活泼的那边的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，由于产生了正电荷，整个系统需要保持稳定（或者说是产生了电场，电场造成下列结果），所以在组成原电池的情况下，由电子从回路中保持系统的稳定，这样的话理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关，（如果是要表达为一个函数关系的话，那么这个函数其实是和离子强度有关的而且还是定量关系，和离子浓度有定性的关系），在此情况下，如果回路的长度改变，势必造成回路的改变，所以也会造成电压的改变。

4.   其他电池

近年来，世界各国非常关注燃料电池的研发。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。由于燃料电池中无运动部件，燃料电池工作时很安静且无机械磨损。如果不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂，它就可以连续发电。传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，而且燃烧时还会排放大量的有害物质。而燃料电池发电的过程，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小，实际发电效率可达40-60%，同时还可以实现直接安装在企业，饭店，宾馆，家庭里，没有输电和输热损失，综合能源效率可达80%，容量可小到只为手机供电，大到目前的火力发电厂的发电量。

【参考文献】   

《义务教育课程标准实验教科书  物理 八年级下册》（人民教育出版社）

《学习方法报  物理周刊》

 

第二篇：探究活动设计：水果电池的电压

探究活动设计：水果电池的电压

吕丽

【设计思路】

    此前同学们已学习了电压的定义和电压表的使用方法，并且用电压表探究了串联和并联电路的电压的关系，对探究的七个要素有了初步的认识，并已学会了制作水果电池。学生有了较好的探究基础，为了满足学生探究的欲望，我们选择了《探究水果电池的电压规律》这一课题，想借此来激发学生的学习探究兴趣，培养学生的探究精神，学会物理探究方法，培养学生探究能力。

【教学目标】

 知识目标：通过观察和实验，初步了解水果电池的规律；同时也巩固对电压表的使用。

 过程与方法：通过学习活动，体验探究的全过程和初步研究问题的方法。

 情感态度与价值观：通过教师和学生双边的教学活动，激发学生的学习兴趣和对科学的求知欲。

 【教学重点】

 1、探究水果电池的电压大小与什么因素有关。

 2、探究水果电池的正、负极与什么因素有关。

 【教学难点】

 通过探究，了解研究问题的初步方法，同时激发同学们学习的兴趣。

 【教学资源】

 电压表、各种水果、导线、不同种类的金属片、刻度尺，剪刀等

 【教学过程】

 1．设疑引入（教师）

 （1）你目前已经知道了哪些电源？

 （2）你知道水果电池吗？

 教师演示水果电池也能够提供电压。

 （3）你还想知道水果电池的哪些特点？

 2．探究水果电池的电压的规律

 A、提出问题（学生）：

 （1）水果电池的电压高低与什么因素有关？

 （2）水果电池为什么会产生电压呢？

 （3）水果电池的正、负极由什么决定呢？

 （4）……

 B、选择课题

   （根据学生的猜想，联系学生的实际，选择适当的课题）

教师：本节课不可能把同学们的提出的问题都研究出来，本节课我们就研究其中的一个问题──水果电池的电压高低与什么因素有关？对这个问题你有什么猜想？

 C、猜想与假设

 学生：水果电池的电压可能与水果的种类有关；

 水果电池的电压可能与金属片的种类有关；

 水果电池的电压可能与插入的深浅程度有关；

 水果电池的电压可能与金属片的距离有关；

 水果电池的电压可能与金属片的形状有关等。

　　互相交流：以课堂提问的方式展示同学们的猜想，并要求其说出猜想的理由，同时进行评估，这样通过交流来丰富同学们的猜想。

 D、设计实验方案

 教师：以投影的方式要求同学们回答下列问题。

 方案设计应采用　　          方法。

 你准备研究的是            和             的关系。

 应控制               ，改变　　　　　　　　　　　，选择什么器材？

 观察　　　　　　　　　　，记录　　　　　　　　　　　。

 设计方案和记录表格

    先提出设计要求，各实验小组可从上述的猜想中选择某一个或几个因素进行探究，要求设计出方案和记录表格，然后分组讨论进行方案设计。

    学生用展示平台展示设计思路和设计表格：边说思路（实验器材、实验步骤、控制变量方法、得出结论的依据等），边展示设计表格。

    学生甲展示研究课题1：水果电池的电压与电极之间的距离是否有关？

 水果电池种类：  西红柿电池

　　学生乙展示研究课题2：水果电池的电压与水果的种类是否有关？

 评估和交流（教师）：

 选取部分小组的方案和记录表格进行投影，采取小组互评的方式，对其进行评估，使各小组互相交流，取长补短，帮助学生完善方案和记录表格。

 E、进行探究实验：

 根据自己的选择，在实验桌上自选器进行探究实验，并将实验数据填入到记录表格中。

 巡回指导（教师）：实验中可能会出现很多的问题，比如电压表无示数、指针反转、指针的偏转幅度太小等，教师应巡回检查，引导排除实验中出现的疑难问题。

 F、分析论证：

 学生根据实验自己组的实验记录的数据，总结得出结论。

 G、评估和交流：

 要求：各小组充分讨论，回答投影上所提出的问题。

 （1）实验你得出什么结论，你认为你的结论是否可靠，理由是什么？

 （2）你在操作中曾遇到过什么问题，你是怎么解决的？

 （3）你有什么新发现？

学生：回答问题（1）：甲回答：我们发现与水果电池电极间距有关，在其它因素不变情况下，电极间距离不同，水果电池电压不同，我们是用多次实验得出的结论，因此我们认为实验结论可靠。

乙回答：我们发现水果电池的电压与水果的种类有关，在其它因素不变情况下，只改变水果的种类，水果电池的电压发生了变化。等等。

回答问题（2）：实验时电压表的指针反偏，我们改变电压表的接线柱解决了问题。

实验时电压表指针偏转角度太小，我们换用了较小的量程解决了问题。等等。

回答问题（3）：我们发现用同种金属作电极，水果电池没有电压。

我们发现用作电极的金属片太小，也不能显示电压。等等。

3．布置作业：针对新发现和还想知道的问题，选择一个研究课题，设计一个探究方案进行课余探究，写出探究报告。