水果电池的实验探究—研究性学习报告

丽水市莲都区梅山中学　***

指导师:梅山中学　***

  【内容摘要】水果真的可以做成电池吗？用什么水果、什么电极来做，其效果更好？水果电池有实用前景吗？我们带着这些问题，开始了为期5个来月的探究性学习活动。在探究过程中，及时解决不断冒出的新问题。通过大量的实验探究表明：一般水果和瓜果都能发电，但不同的水果或瓜果，所产生的电压或电流是不同的；水果电池能否做成功，与其选用的电极材料关系很大；同一个水果，在使用不同材料的电极时，其产生的电压有很大的区别；同一种水果进行串联时，其产生的电压基本上是成倍增加的；同一种水果进行并联时，其电流不会因此而成倍提高；同一个水果所产生的电压或电流不会因为整个水果或半个水果而改变；同一种水果所产生的电压或电流也不会因为个大或个小而改变。就目前我们所具备的设备条件和知识储备而言，水果电池没有多大的应用前景，但根据电极材料的探究，我们认为，如果有更好的电极，水果电池一定会有发展的前途。在探究过程中，所生成的一个新问题：“怎样才能使水果电池的电流成倍提高”，不论在实验中还是在理论上都尚未解决。有待于今后的学习中加以探究。探究活动让我们学会了许多课本上不能学到知识，其动手能力、综合素质和探究能力也得到提高。

【关 键 词】 水果 电池 探究 实践能力

第一篇 课题方案

一、课题背景

在《科学》课中，我们知道了水果能够发电，但不同的水果发电情况是如何的呢？同一种水果串联起来、并联起来，发电情况又是如何的呢？不同水果能否串联发电或并联发电呢？水果为什么能够发电呢？水果发电原理有何实际应用呢？这些问题引起了我们的兴趣。

我们带着这些问题，问过许多科学老师，他们回答都说不知道，甚至有些老师说这个实验很难做，他们从来没有做过。据我们的指导师讲，丽水市范围内，没有几个科学老师做过这个实验。难道，这个实验确实很难做吗？这更加激发了我们的探究兴趣。

在电视中得知汶川大地震，震垮了当地的电力系统，到处无电，能否利用当地水果来发电，在最需要电的时候来应急一下？这个问题重新浮现在脑海中。

20##年12月中旬，我们课题小组在指导师的建议下，准备了各种器材、水果开始了该课题的研究性学习实践活动。

二、研究内容、目的与意义

1、实验探究各种单个水果的发电情况：电压、电流强度；

2、实验探究各种水果间的串联、并联后的发电情况：电压、电流强度；

3、理论探究水果发电的原理；

4、试图探究水果发电原理的应用；

5、开拓视野，满足好奇心，掌握探究性学习的基本方法，提高自己的探究能力；

6、通过探究活动，培养团队合作精神，提高的发现问题和解决问题的能力，提高综合实践活动能力。

三、探究方法

实验法 文献法 研究报告撰写法

五、探究计划(时间、地点、任务)

第二篇 课题研究过程

探究一　橘子能发电吗？

(一)提出问题：橘子能发电吗？

(二)建立假设：

1．橘子可能会发电；

2．橘子可能不会发电；

(三)设计实验方案：

1、器材准备：橘子、铜片、锌片、导线、灵敏电流计等；

2、实验装置设计示意图如下：

3、实验操作步骤：从家里拿几个橘子过来，分别用铜片和锌片做电极，用软电线做导线，用灵敏电流计和电压表测量橘子电流强度和电压。

(四)收集证据：

20##年12月22日下午第四节课，我们带来了橘子，回到刘老师的办公室，正式开始水果发电实验探究。我们先用两根铜片做电极，分别插入橘子上两个部位，铜片另一端接上铜丝的两端分别接在灵敏电流计接线柱上，此时灵敏电流计的指针没有发生任何移动，我们怎么摆弄也不能让指针动起来，说明我们的实验没有成功，此时在我们的脑海中闪出这样的疑问：“水果发电实验真的很难做吗？”，我们主动地问坐在旁边一直看我们做实验的刘老师，这时候刘老师才开口说：“你们实验失败的原因是两个电极都选用的铜片是不妥的，正负极都用铜片，两者之间没有极性的差异，不可能产生电流，你们将其中的一片铜片换成锌片试试看。”在老师的建议下，我们迅速地将其中的一片铜片换成锌片，奇迹发生了，微小电流计的指针迅速地发生移动。“实验成功了，实验成功了”我们情不自禁地、激动地叫出声来。

(五)验证假设：在实验中我们采集到了橘子的电压是0.2V，电流为120 μA。证明假设一成立。

一个橘子能够发电，那么两个橘子、三个橘子串联或并联起来能否发电、发电的情况又是怎样的呢？于是我们开展了二次探究。

探究二　多个橘子串联或并联后能发电吗？

(一)提出问题：多个橘子串联或并联后能发电吗？

(二)建立假设：

1、多个橘子串联或并联后可能会发电。

2、多个橘子串联或并联后可能不会发电。

(三)设计实验方案：

1、器材准备：橘子、铜片、锌片、导线、灵敏电流计等；

2、实验装置设计示意图如右图：

3、实验操作步骤：从20##年12月22日，我们在第一个实验取得成功的基础上，马上开展探究二的实验活动。我们接受第一个实验的失败教训，分别用铜片和锌片做电极，第一步将两个橘子串联起来进行实验，第二步将两个橘子并联起来进行实验，第三步将三个橘子分别串联和并联起来进行实验。　　　　

(四)收集证据：根据上述实验方案的设计，我们一一地进行了严密细致的实验，所采集到的实验数据如下表：

　实验者：何也、杨冰倩、应芳　　电极材料：负极锌片，阳极铜片

  (五)验证假设：从上表实验数据可知，多个橘子不仅能够发电，而且它们的电压和电流强度都要比单个橘子的电压和电流强度有所增大。证明假设一成立。

  一个橘子或多个橘子串联或并联后均能发电，那么其它水果是否也能发电呢？于是我们深入研究，开展了三探究。

探究三　其它水果也能发电吗？

从12月23日开始至20##年1月15日，我们利用寒假期间，对蕃茄、梨、苹果、柠檬等大量的水果进行了实验，所采集到的实验数据如下表：

20##年 实验者：何也、杨冰倩、应芳　　　电极材料：负极锌片，阳极铜片

20##年 实验者：何也、杨冰倩、应芳　　　电极材料：负极锌片，阳极铜片

实验证明，其它水果也能发电。

水果能够发电，那么瓜类是否也能发电呢？于是我们课题组成员进行了四次探究。

探究四　瓜类也能发电吗？

从20##年1月16日开始，至2月10日，对黄瓜、西瓜等多种瓜类进行实验探究，其实验数据如下表：

　实验证明瓜类也能发电，那么水果、瓜类为什么能够发电呢？什么样的瓜、果更能发电呢？这些问题在我们探究实验不断深入的过程中逐步地在头脑中冒出来，我们询问了指导师。老师说：“是的，这些知识你们目前还不具备，但你们可以自主学习，可以在网上或高中化学、物理书中去寻找答案。”在老师的鼓励下，我们开展了五次探究，即理论探究。

探究五　水果、瓜类为什么能够发电？(理论探究)

我们带着这个，于2月10日晚上，来到了何也同学的家里，开始上网查询相关资料进行学习。对“水果、瓜类为什么能够发电？”有了一定程度认识：首先，水果含有丰富的水果汁，水果汁含有丰富的本酸性物质，称为果酸。果酸是一种电解质，它在水溶液中能够电离出带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子，它是电的良导体。当两种化学活泼性不一样的金属片(如化学活泼性较强的锌片和化学活泼性较弱的铜片)插入水果中，就会发生置换反应，带正电荷阳离子移向铜片、带负电荷的阴离子移向锌片上，从而在水果中形成了电流，两片金属间就会产生电压。

至此，我们对水果能否发电等问题的探究性学习活动已接近尾声，我们一方面在庆祝自己取得实验成功的同时，另一方面也在不断地反思我们的整个实验探究过程。突然，应芳同学说：“去年暑假我们怎么就没有做成功呢？”

是的，水果电池实验，我们课题组成员，于去年暑假期间就开始实施探究了。但是，做了几次都没有成功，我们后来就逐渐地失去了兴趣，探究活动也就停了下来。今天应芳同学提出这个问题，不得不使我们回过头来重新去思考、去寻找原因。原来，当时我们所用的两个电极，都是铜丝。两个电极之间不存在化学活泼性的差异，因此在水果中不能形成电流和电压，实验当然不能取得成功。

那么水果电池实验中选用什么材料做电极是最理想的呢？于是我们马不停蹄地开始了第六个探究。

探究六　不同材料的电极对水果发电有影响吗？

(一)提出问题：不同材料的电极对水果发电有影响吗？

(二)建立假设：

1．不同材料的电极对水果发电可能有影响；

2．不同材料的电极对水果发电可能没有影响；

(三)设计实验方案：

1、实验器材准备：橘子一只、锌片、铜片、铜丝、钢片、白铁皮、铁丝、镀镍回形针、万用表、导线等；

2、实验装置设计示意图如上图：

3、实验操作步骤：①将锌片插入橘子，用导线将锌片与万用表的负极接线柱相连，②将铜丝插入橘子，与锌片相距2cm处，用导线将铜丝与万用表正极连接，记录电压读数；③分别将铜丝换成钢片、铜片、铁丝、白铁皮、镀镍回形针，(与锌片相距2cm)，分别记录电压读数。

(四)收集证据：实验中电压读数如下：

20##年　实验者：何也、杨冰倩、应芳

(五)验证假设：实验数据表明：①当负极材料相同时，正极选用的材料不同，其水果电池产生的电压也是不相同的。如：用锌片做负极时，正极碳棒与正极铜片之间的差异最大，两者相差高达0.94V。用镁做负极时，正极碳棒与正极铁丝之间的差异达1.14V之多。②在上述表中也可以看出同质材料如铜片与铜丝之间也有区别，这可能与铜质有关。③表明所选用的正极材料其化学活泼性与锌相差越大，其水果电池产生的电压也越大。

附：金属活泼性顺序表：

钾、钙、钠、镁、铝、锰、锌、铬、铁、镍、锡、铅、(氢)、铜、汞、银、铂、金。它们的金属活动性是依次增强的。

探究七　水果电池应用前景的探究

通过上述大量而系列的探究活动，我们知道了所有的水果、瓜果都可以做成瓜果电池，但是这些瓜果电池的单个发电量都很微弱。我们可以采取什么措施，能使瓜果电池有实际应用呢？对此，我们继续开展探究活动。

实验一：水果电池计算器的制作。

（一）器材准备：柑橘10个、铜片、锌片、导线、计算器。

（二）实验装置设计示意图如下：

（三）实验操作步骤：

①检查实验用的计算器的额定电压为3V；

②根据锌、铜电极做成的椪柑电池能产生0.8V电压，计算出计算器至少需要4个椪柑串联的电池（4×0.8V=3.2V）才能启动工作；

③将4个椪柑串联成电池组，用万用表测定椪柑电池组的实际电压；

④将椪柑电池组的电源接到计算器上。

⑤如果上述电池组不能使计算器工作，再逐渐增加椪柑电池的个数。

（四）根据上述的实验设计，我们开始将4个椪柑组成的电池组，用万用表测定它的电压时，发现实际电压只有2.94V，于是我们逐渐增加椪柑电池的个数，当8个椪柑串联时，实际电压已达到4.7V，按照理论讲，此时计算器应该可以工作了。我们把计算器与电池组接通后，在液晶显示屏上开始出现数字，我们高兴的叫了起来，但当开始利用计算器进行计算时，却发现它的运算速度非常地慢，不能快速地进行工作。于是，又将椪柑增加到14个，电压达到6.5V，计算器能够正常工作。大家都高兴，何也同学特意在计算器中输入“20090212”等数字，表示该实验是在20##年2月12日取得成功的。

　　　实验二：水果电池小时钟的制作。

（一）器材准备：柑橘10个、铜片、锌片、导线、计算器。

（二）实验装置设计示意图如下：

（三）实验操作步骤：

①检查小时钟的额定电压为1.5V；

②根据锌、铜电极做成的椪柑电池能产生0.8V电压，计算出计算器至少需要2个椪柑电池（2×0.8V=1.6V）才能启动工作，但根据上述水果电池计算器实验的经验，决定用六个椪柑串联，让实际电压达到3V以上时，小时钟可能才会工作；

③将六个椪柑电池串联成电池组，用万用表测定椪柑电池组的实际电压；

④将椪柑电池组的电源接到小时钟上。

⑤如果上述电池组不能使计算器工作，再逐渐增加椪柑电池的个数。

（四）根据上述实验设计，把六个椪柑串联起来，此时电压已达3.8伏，大家都认为小时钟应该会动。但实际情况并非如此，小时钟根本没有动的迹象。通过初步分析，大家认为可能电压不够大，就像上述实验一中，4.5V的电压不能让额定电压3V的计算器正常工作的情况一样。基于这种认识，我们把椪柑增加到16个，产生的实际电压高达9.2伏，已大大超过额定电压的6倍多，但还是不能让小时钟走动。

是什么原因呢？我们请教了学校物理专业的科学老师高海涛、刘乐峰等老师，他们认为虽然实际电压已远远超过额定电压，但是电流强度还是很微弱（根据公式I=Μ/R，电阻很大导致电流很小），这是实验未能取得成功的关键因素。并且他们给我们讲解了串联电路中电压分配与内阻的关系：当内阻很大时，实际上分配到外部的电压较小（远小于电压表所测值）；如何减小电源的内阻呢？根据并联电路电阻特点：并联越多，相当于横截面越大，电阻会越小。又根据电压分配特点：Μ1/Μ2=R1/R2 ,电源如果并联内阻就成倍减小，外部的电压会变大电流也会变大电器可能会工作，我们开始用并联的方法来解决增加电流强度的问题。

我们先将四个椪柑串联成一个电池组（实际电压为2.94V,已大于1.5V），电流强度为120mA,共做了25组，然后将25组电池组进行并联形成混合联电池,按理论计算，这个混合联电池的电压应该为2.94V左右，电流为3000mA左右。按理说小时钟应该会走起来了，当我们把电源接通时，大家都失望了，因为小时钟根本没有走。又是什么原因呢？用万用表一测，其电流只有243mA。为什么会这样呢？是线路联接出问题了吗？大家开始非常认真仔细地进行线路检查。检查结果表明，线路联接没问题。大家毫无办法，因此，又去请教科学老师，他们也没有明确而统一的答案。上网搜寻，大都只是谈到电源并联使用不妥，如果并联，不但不能使电压增大，反而会使原来高压电源的电压降低。

这样做不合乎道理，现实中几乎没有这样用的。这分明就是：两节串联是3V，再和一节1.5V并联，相当于给一节1.5V电池充电，这一节就是负载。如果三节是同容量的电池，其内阻是一样的话，那一节电池很快被充坏，两节串联的电池电量也很快被耗尽，充电电流会很大，超过其最大放电电流，电池会很热。也是很危险的，时间长了，甚至会爆炸！电压肯定小于3V。

给第三节电池充电，电压从开始的3V开始降低，当把第三节电池消耗干净的时候电压稳定在1.5V左右而结束。

1.5+1.5=3V　3V和1.5串联的话3V会给1.5V充电，导致3V电压下降，1.5V上升，他们的电压会不短的变化最后稳定在1.5V，实际计算中应该是考虑电池的内阻，然后通过内阻计算他们的分压问题。

   关于电流改变问题的答案没有找到。

至此，我们可以给“水果电池是否有应用前景”下结论了：就目前我们所具备的设备条件和知识储备而言，水果电池没有多大的应用前景。但根据电极材料的探究，我们认为，如果有更好的电极，水果电池一定会有发展的前途。

第三篇　实验修正

2月21日，我们将实验记录表交给指导师，向他汇报我们的实验探究活动已经结束，同时希望得到老师的肯定和表扬。他进行了认真的分析，发现我们所采集的实验数据中有许多问题，如下表中一个橘子的电压为0.2V，两个橘子串联后的电压也是0.2V，三个橘子串联后电压只有0.3V，这显然不符合理论知识。这个错误同时表现在其它几种水果串联电压上。刘老师严肃的指出，科学是非常严谨的，做实验要非常认真、非常严肃，才能获得客观的实验数据。因此，他要求我们重新进行实验，以获得真实而客观的实验数据。

22日下午第四节课，我们又来到刘老师的办公室，非常认真的进行修正实验。由于水果产生的电流非常不稳定，其数字一直不停地往下降，很难准确的读出，因此，在老师的建议下，今天的实验不对电流进行测定，只对串联电压进行实验测定。其实验记录表如下。

20##年　　　电极材料：负极锌片，阳极铜片

第四篇　禽蛋电池的实验探究

就在我们完成了修正实验的时间，我妈给我们送来了鸡蛋，让大家补充的能量。我们吃着鸡蛋的时间，杨冰倩同学突然提出了一个新的课题：水果能发电，鸡蛋能否发电呢？问题一经提出，得到大家的一致赞成。于是又决定开展禽蛋电池的探究性学习活动。2月23下午第四节课，何也的妈妈及时送来了鸡蛋、鸭蛋、皮蛋、咸蛋等禽类蛋。我们开始了禽蛋电池的探究活动。实验记录如下表：

20##年　　　电极材料：负极镁片，阳极碳棒

我们用了不多的时间，就对生鸡蛋、熟鸡蛋、生鸭蛋、熟鸭蛋、生的咸鸭蛋、熟的咸鸭蛋、皮蛋、卤香蛋（卤鸡蛋）的直流电压、交流电压、电流强度进行了测定。实验证明，禽蛋不但可以发电，而且能够产生较大的电压和电流强度。

与水果电池一样，禽蛋串联时，其直流电压的交流电压基本上是成倍增加，而电流强度变化不大。同样的生蛋与熟蛋在直流电压、交流电压及电流强度上有一定的不同，但相差不是很大。

第五篇　实验总结

我们课题组成员，从20##年10月开始进行水果电池知识储备，到20##年2月，正式开始实验探究，历时5个月之久。期间，我们经历了探究实验的失败和成功，解决了许多实验过程中出现的新问题，获得了许多直接的实践经验和理论知识，同时也存在着目前我们沿未解决的问题。现总结如下：

一、实验内容：

1、对不同水果、瓜果电池产生的电压、电流进行实验探究。所做的水果电池实验有：橘子、椪柑、金橘、瓯柑、菠萝、只西红柿、糖梨、西瓜、黄瓜、猕猴桃、柠檬、柠檬汁、齐橙、苹果、雪梨等十五种不同的水果。

2、实验对不同的水果所能产生的电压和电流进行测定；对多个水果进行串联或并联后所产生的电压和电流进行测定；对混合水果组成的电池组所产生的电压和电流进行测定。

3、对实验所选用的不同的电极材料是否会产生不同的电压或电流进行测定。选用的电极材料有：镁片、锌片、铝片、碳棒、铜丝、铜片、镀铬回形针、白铁皮、钢制刀片、铁丝等十种。

4、对水果电池的应用前景进行探究。成功的实验有：额定电压为1.5V的二极管发光、额定电压为3.5V的二极管发光、额定电压为3V的计算器正常工作；没有成功的实验有：额定电压为1.5V的小时钟、额定电压为4.5V的二极管小台灯、额定电压为1.5V的电子机器手表。

二、实验结论：

1、一般瓜果和禽蛋都能发电，但不同的瓜果或禽蛋，所产生的电压或电流是不同的；像柠檬、猕猴桃等酸性较强的水果，其产生的电压和电流比较大。

2、水果电池能否做成功，与其选用的电极材料关系很大；在同一个水果或禽蛋中，使用不同材料的电极时，其产生的电压有很大的区别；所选用的正极材料与负极材料，其极性相差越大，所产生的电压也就超高。所选用的负极材料，其化学活泼性越强越好，如铝比锌好，镁比铝更好；正极材料其化学活泼性越稳定越好，如，镍比铁好，铜比镍好，而化学性质最稳定的碳棒更好。实验表明，这一规律是符合前人所总结的金属活泼性顺序原理的：钾、钙、钠、镁、铝、锰、锌、铬、铁、镍、锡、铅、(氢)、铜、汞、银、铂、金。

3、同一种水果或禽蛋进行串联时，其产生的电压基本上是成倍增加的；同一种水果或禽蛋进行并联时，其电流不会因此而成倍提高，这符合教科书上的原理。

4、同一个水果或禽蛋所产生的电压或电流不会因为整个水果（禽蛋）或半个水果（禽蛋）而改变；同一种水果或（禽蛋）所产生的电压或电流也不会因为个大或个小而改变。

5、就目前我们所具备的设备条件和知识储备而言，水果电池或禽蛋电池没有多大的应用前景，但根据电极材料的探究，我们认为，如果有更好的电极，水果电池或禽蛋电池一定会有发展的前途。

6、不管是水果电池，还是禽蛋电池，其产生的电流强度的数值都是不稳定的，都是一直住下降。我们实验中所测定的电流强度的数据，是测电表中第一次出现的最大的电流强度。

三、实验中存在的问题。

我们在实验中还存在着许多问题，这有待于在今后的学习中加以探究和解决。如“如何提高水果或禽蛋电池组的电流强度”、“如何减少水果或禽蛋电池的内阻”、水果电池小时钟（额定电压为1.5V）、水果电池二极管小台灯（额定电压为4.5V）、水果电池机器手表（额定电压为1.5V）等实验为什么难以成功，原因出在哪里，目前也尚未解决。在实验中我们还发现，水果电池产生的电流是不稳定的，怎样才能让它稳定下来等问题，都需要在今后的学习中加以解决。