第五届中学生数理化学科能力展示活动参赛论文

水果电池探秘

山东省泰安市肥城市边院镇初级中学初三七班 张震

指导教师 赵永强

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水果电池探秘

山东省泰安市肥城市边院镇初级中学初三七班 张震

指导教师 赵永强

[摘要]我们主要探究的内容是影响水果电池电压的主要因素。我们分别就水果本身特性、电极插入深度、电极横截面积以及两电极之间的距离这四大方面进行了探究。我们主要利用课余时间进行亲自实验，通过观察实验现象，记录并分析数据，查阅相关背景资料等方法更进一步地了解了上述因素对水果电池电压影响的大小以及电压的变化趋势，从相对客观的角度深入剖析水果电池，并在整个过程中体会科学探究的精神，体验科学探究的过程，从中增长知识，乐在其中，学以致用。

[关键词] 水果电池 水果特性 电极插入深度 电极横截面积 两电极之间的距离

研究背景

在前不久的物理课上，我们进行了对“电压”这一知识的学习。在课堂上，我们初步进行了对水果电池的研究，但没有进行严格的实验操作。由于同学们所使用的水果不同，电极插入深度以及两电极间的距离都不尽相同，因而产生了不同的实验结果。对于这些结果，我们进行了质疑与初步分析。通过前期对水果电池有关知识的查找与总结，我们发现：大部分的文献资料均只能给予我们理论上的知识分析但往往忽略了水果电池的实际应用。由于对水果电池探秘的共同兴趣，我们结成小组进行了对影响水果电池电压因素的基本分类，并设计实验，希望能够以实验数据来更直观地进行分析论证，并从中发现新的问题，不断探究，不断学习。

研究内容

我们主要探究的内容是影响水果电池电压的主要因素。对于水果电池的研究，不仅涉及到物理方面的知识，还涉及到一些相关的化学知识。研究水果电池，可以使我们从中建立学科间的联系，对水果电池进行分析与改良，更加有效地发掘并利用其在生活中的价值。

实验报告

一、实验名称

水果电池探秘

二、实验日期 20xx年3月26日

实验员 张震

三、实验目的

通过制作并测量不同形式的“水果电池”，研究“水果电池”的电压与哪些因素有关。

四、实验器材

电压表一个；不同粗细（直径）的铜、锌电极一宗；导线若干根；各种水果若干枚。

五、实验猜想

1、水果电池的电压与水果的种类有关；

2、水果电池的电压与两电极之间的距离有关；

3、水果电池的电压与两电极插入水果的深度有关；

4、水果电池的电压与两电极的粗细（直径）有关。

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六、实验过程及纪录

1、在保证水果电池的电压与两电极之间的距离、水果电池的电压与两电极插入水果的深度以及水果电池的电压与两电极的粗细（直径）不变的前提下，选择五种不同的水果进行实验，测试数据见表一。

2电压与两电极的粗细（直径）不变的前提下，调整电极的间距进行实验，测试数据见表二。

3、以猕猴桃为对象，在保证水果电池的电压与两电极之间的距离以及水果电池的电压与两电极的粗细（直径）不变的前提下，调整电极的插入深度进行实验，测试数据见表三。

4与两电极插入水果的深度不变的前提下，调整电极的粗细（直径）进行实验，测试数据见表四。

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七、分析与论证

1、由表一数据可知，当两电极之间的距离、电极插入深度和电极粗细都相同时，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：猕猴桃、西红柿、苹果、梨、橘子。

可能的原因：水果越酸，产生的电压越大，水果越软，产生的电压越大，与该种水果的含水量及含糖量无关（反例：梨）；还可能与该种水果的内部结构有关（如橘子、西红柿）。

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、由表二数据可知：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。 可能的原因：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。

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。 可能的原因：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、由表四数据可知，插入电极的粗细对产生电压的大小没有影响（测量精度）或影响较小。

可能的原因：插入电极的粗细对两电极之间的距离和电极与水果接触的面积影响很小，所以吸引电荷的能力没有太大差别，因此电压几乎没有变化。

5、对比表二和表三的数据，分析可知：水果电池电压的大小，受两电极与电解液的接触面积影响较大。

八、结论

1、当两电极之间的距离、电极插入深度和电极粗细都相同时，介质含酸的浓度越高，产生电压越大。

2、当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。

3、当两电极间的距离一定时，电极插入的越深，产生的电压越大。

即水果类电池的电压大小与其与某种电解质接触的面积成正比。

4、插入电极的粗细（在一定范围内）对产生电压的大小影响很微小，几乎可以忽略不计。

研究总结

在对实验进行分析后我们不难发现：若想提高水果类电池的电压，比较有效的方法是尽量增大电极与电解液的接触面积并且根据水果本身特性，选择含酸的浓度较高的水果进行水果电池的制作。

我们认为，水果电池的制作不应简单地停留在利用水果实体进行实验，更应该利用水果本身导电的特性进行实际的大规模生产与广泛利用。

首先，我们可以设法对不同水果的导电性能进行进一步较全面的实验探究，寻找最佳介质。

其次，我们可以调整电极与电解液的接触面积，提高水果类电池的电压，增效加益。

对于推广水果电池，并不只是简单的兴趣使然，更重要的是，相比于普通电池，水果电池具有如下优势：

1、众所周知，现在市场上电池的主要类型是干电池、蓄电池、锂电池等难以降解的化学

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能电池。水果导电同样是利用化学能的转化，但水果无公害，使用后的处理相对比较方便与环保，可以尽量避免由于对普通电池的分类回收处理不当而导致的环境破坏。

2、水果电池属于新型电池，能够吸引消费者兴趣。现今，人们的环保意识越来越强，水果电池将会成为人们更好的选择。

3、水果电池的成分为水果电解液。市面上有许多掺有水果成分的用品，不仅是食品，日用品也是比比皆是。如果水果电池能够以“果香芬芳”的天然条件，吸引消费者，那么水果电池的广泛推广则指日可待。

当然，我们在进行水果电池的制作中，也必须要考虑到如下问题：

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。

3、电解液的提取问题同样不可忽视。毕竟，水果种植的第一目的是食用，如何寻找电解液的来源是一大难题。我们认为，可以通过生物组培的方式进行对水果的大批量短期培养，但前提是保证电解液导电性能无明显变化（实验探究）。

4、通过实验数据可知，单一水果的电压过小，不足以提供可供用电器工作的电压。是否可以考虑将多种水果的电解液按一定比例混合，通过实验分析，寻找最佳组合，或是提高电池中单一水果电解液的浓度，以增大电压。

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第二篇：制作水果电池科技实践活动

制作水果电池科技实践活动

科技实践活动课是以学生的兴趣和直接经验为基础，与学生学习生活和社会实践密切相关的各类现实性、综合性、实践性问题为内容，以研究性学习为主导的学习方式，以培养学生的创新精神和实践能力及体现对知识的综合运用为主要目的的一类课程组织形态。让学生从熟悉的周围生活中选取有关内容，让他们看一看、做一做、玩一玩、想一想，从中学到知识，培养兴趣，练习方法，进行科学方法启蒙。 依据我校的现实条件和学生的直接经验（具有一定的初中物理学电学基础），本着充分挖掘学校、家庭和社区的各种教育资源，进行切合实际的青少年科学技术综合实践活动，以下就是某次制作水果电池科技实践活动的报告材料。

【实践目的】

1、请学生收集有关电池的种类、应用、危害、和制作方面的相关材料；

2、让学生关心日常生活中的科学现象。将不同水果或蔬菜作为实验对象，测量电压，了解它们可当做电池的现象。

3、课内外结合，通过对周围生活世界现象或事件积极探索，主动获取经验。培养勇于探索、创新、动手动脑的科学实践能力。

【器材准备】

1、 关于电池的种类、应用、危害、和制作方面的相关资料；

2、水果（柑橘、苹果、猕猴桃、土豆、蕃茄、蔬菜等）、铜条（2CM×4.5CM）、锌条或镁条（2CM×4.5CM）、铅笔芯（3-5CM）、电压表（准确到0.01V）、小电珠（额定电压2.5V）、砂纸、电烙铁、松香、焊锡、导线若干、鳄鱼夹2只。

3、 教师用：万用表、电子表、小起子

【实践过程】

1.学生交流对电池的认识

学生C谈电池的种类：。目前我国市场上每年大约销售７０亿只电池；所使用的电池种类也越来越多，如铅酸蓄电池、碱锰干电池、 1

碱性干电池和镍氢电池、锌银电池、锂电池、镉-氧化银电池、锌-氧化汞电池、燃料电池、钠硫电池、固体电解质电池、热激活电池、水激活电池等等。我国电池生产的主要产品是锌锰电池和镉镍电池。

学生S谈有关电池的应用领域：（1）日常生活中：手电筒，电子表，电动玩具，电视机、VCD、DVD、空调器等电器的遥控器等一般用干电池和纽扣电池；（2）随身听，复读机，手机中的可充电电池；（3）电动车、汽车、摩托车中的蓄电池等。（4）用于科学实验，如航空航天中的氢氧燃烧电池。

学生Zh谈有关当前使用电池造成的危害：随着人们环境意识的逐步增强，废电池的环境污染、合理处置问题等已越发引起广泛的重视。电池中含有大量的重金属。在通常的使用过程中，这些物质被封装在壳体内，不会对环境和人体造成危害。但当电池被废弃后，由于长期机械或腐蚀等作用，使得电池内重金属与酸碱等物质泄漏出来，引起严重的环境污染问题。另外，有些收购厂收购废电池后，只进行简单拆卸，取其有用部分，而将其余部分抛弃到环境中。引发严重的环境污染，污染土壤及地下水。随着废电池产生量的逐年增加,废电池的环境污染问题日益突出，我们新市初级中学每月消耗的电池就在300多节以上。

学生W：在小学自然课上，我们曾经制作过这样一种电池："在木块两边分别钉上铜片和锌片做电极，两个电极上各连接一根导线，然后把装置放在盛有醋或盐水的烧杯中就成为一个简单电池了。"

教师：同学们说得很好！电池与我们的日常生活、学习、科研密不可分。初中物理课上我们曾经介绍过用圆形镀锌铁片（即白铁片）和铜片（或硬币）各10余块，与浸透食盐水的圆形硬纸片组装成了"伏打电池"。象柑橘这种水果含有柠檬酸等电解质，插入两条不同金属时，它们之间会有电压，这就是柑橘电池。其实所有水果，甚至一般的植物、动物都含有某些电解质，都可以当做电池。那么，我们能不能能制作一些既没有污染，又有些用途的"绿色电池"呢？

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学生：当然可以。因为水果的汁液可以代替醋或盐水作为电解质溶液。（下面，同学们就按照讨论出的步骤制作水果电池，以柑橘电池为例）。

2. 学生制作柑橘电池的实践步骤

1）. 磨焊

用砂纸将各种金属、导线接头、铅笔芯（石墨）等磨亮去锈；并将一些导线焊接到金属条、铅笔芯上。

2）. 滚压

先用手掌把一只柑橘在桌面上滚压以破坏其内部组织。用力要适当，既要达到破坏其内部组织的目的，又不要让柑橘表皮破损以至于汁液渗透出来。学生们可以相互交流滚压时的用力感受。

3）. 插条

将铜条和锌条平行插入柑橘中深约3CM左右,两金属条平行间距小于5mm为宜。插入动作要慢一些，以避免柑橘汁液大量溢出（插金属条时以斜插入为好）。

4）. 连接

将电子表串联入学生做好的电池中，让学生们观察电子表的工作情况。

现象：有的小组的水果电池，使电子表略有数字闪烁，时有时无；而有的小组所制电池，电子表根本不工作。

5）. 探究

教师：请大家想一想，电子表数字时有时无，或根本不工作的原因是什么？

学生代表：原因可能是：电子表本身有损坏或极性接反；导线焊接不牢或电路中有断路发生；电压不足……（培养学生的发散思维）

学生：是电压不足。电子表的工作电压一般要1.5V左右。用电压表测出让电子表数字时有时无的电池，电压是0.92V；而电子表不工作的供电水果电池电压只有0.53V。（培养勇于探索、创新、动手动脑的科学实践能力。）

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学生：那么我们可以用串联电池的方法来解决电压不足问题。 于是学生们很兴奋地进行实践，果然发现用两到三只柑橘电池串联作供电电源后，电子表正常工作起来。大家顿时情绪激动起来。

在这个探究过程中，是以质疑、研究、发现事物或现象的本质或规律为目的的活动。在参与过程中产生体验、感悟、最终内化的结果。教师在实践过程中安排好相关的情景与有意义的探究活动，组织学生参与其中，亲历过程。自主地、充分地开展活动，才能达到既学知识与技能，又培养智能与情感、态度、价值观，促进学生科学素养的启蒙。

6）. 应用

用学生制作的其它水果或蔬菜电池，给小灯泡供电。观察并记录小灯泡的发光情况和所串联的不同种电池的节数。（如同学生发现：小灯泡能较正常的发光，柑橘电池要12个左右串联；苹果电池要15个左右串联）。

7）. 提高

教师可以鼓励学有余力的同学：用不同的金属条作电极的水果电池，比较各种金属间电极极性有些什么变化。这样做的目的是改变科技实践活动过程中注重知识传授的倾向，强调形成学生积极主动的学习态度，关注学生的学习兴趣和经验，为形成学生终身学习的科技实践能力作准备。让学生带着问题走进教室，带着更多的问题走出教室。教师并不以知识的传授为目的、加重问题的深度，而是探求解决问题的方法，特别是以形成自己独立解决问题的见解为目的。教师的教育教学活动应为学生创设探索情境，让学生从课堂上激起的学习兴趣延续到课外，鼓励学生走出课堂、走出课本，探索生活中的物理知识

【实践思考】

1.选好科技实践课题。尽可能来源于学生的生活，从他们"熟视无睹"习以为常的现象中发现问题，又紧密与科学知识相联系，并确立与科学、技术、社会关系密切的课题。如果相当陌生，会因难度太大难 4

于亲手实践失去兴趣而不了了之。另外，科技实践活动要有意选择一些具有人文精神的课题来研究。

2.充分考虑现实条件。学校、家庭的相关教育科技资源。

3.形式上要开放。成员自主组合，营造宽松、自由的氛围，小组讨论与班集体讨论相结合，从"认真听讲"的模式中走出来，利用课余时间，主动收集资料、亲手实践与调查。时间上可分散与集中相结合，不宜过长。

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