研究性学习报告——水果电池的制作与影响电流电动势的因素.doc

北京师大附中 彪子小组水果电池的制作与影响电动势的因素作者：北京师大附中 彪子小组组员：指导老师：王晶摘要水果电池的实质为原电池，利用水果汁液与插入极片反应得到电子，在合闭电路中形成电流，水果的种类的不同，所含的汁液不同，这导致不同水果产生的电流大小不同，经过弄实验得出汁液PH值较强的水果产生电流的能力较强。46788888899991011131515161718202020212122232627目录第一章课题研究的背景第二章课题研究的意义第三章研究步骤第四章研究细节，结果及讨论4.1查阅资料4.1.1原电池4.1.1.1 原电池的工作原理4.1.1.2原电池的构成条件：4.1.1.3水果电池的的发电原理是4.2设计实验4.2.1实验猜想4.2.2设计电路图4.2.2.1测量电路4.2.2.2水果电池构造（电源）4.3准备材料4.4制作水果电池4.5收集整理实验数据4.5.1水果电池的电压大小与电极有关；.4.5.2水果电池的电流大小与水果种类有关；4.5.3水果电池的电压大小与其酸度有关（补充）4.6结论第五章，不足之处与展望5.1不足之处5.1.1实验误差分析5.1.2数据整合误差统计5.1.3结论分析误差5.2展望第六章 感言鸣谢参考文献第一章 课题研究的背景电池，是人们生活中所必不可少的东西。目前我国市场上每年大约销售亿只电池；所使用的电池种类也越来越多，如铅酸蓄电池、碱锰干电池、碱性干电池和镍氢电池、锌银电池、锂电池、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。电池的使用范围也十分的广，（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。 在电池通常的使用过程中，这些重金属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，有些工厂收购废电池后，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。 由此可见，如何才能够生产出一种既实用又环保的电池成为我们必须思考的问题。经查阅资料后发现，电池的工作原理就是原电池反应原理，而有关原电池的基础知识我们已经在化学课上学习过了，借此机会我们准备以相同化学反应原理的水果电池探究实验制作出属于我们自己的电池，并进一步探究影响电池性能的因素。第二章 课题研究的意义通过本课题的的研究，不仅会很大的影响我们对原电池的知识理解程度，而且还可以一定程度地提高我们学习对于物理化学的兴趣。增强动手能力，在活动中增长知识，开拓眼界，挖掘潜能，展示才华。第三章 研究步骤确定小组人员查阅资料设计实验准备实验材料制作水果电池收集整理实验数据并分析得出结论不足与展望第四章 研究细节，结果及讨论4.1查阅资料4.1.1原电池4.1.1.1 原电池的工作原理：较活泼的金属为原电池的负极，负极材料发生氧化还原反应失去电子变为离子进入溶液，电子从负极流出，沿导线转移给电解质溶液的阳离子，阳离子在正极上得到电子发生还原反应。4.1.1.2原电池的构成条件：（1）有两种活泼的金属或一种金属与一种非金属作为电极；（2）电极均需插入电解质溶液；（3）具有导线相连组成的闭合回路或具备化学能变成电能的条件。4.1.1.3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。4.2设计实验4.2.1实验猜想我们对影响水果电池的因素做一下猜想1水果电池的电流变化与水果的种类有关；2水果电池的电流变化与电极材料有关；3水果电池的电流变化与电极间的距离有关；4水果电池的电流变化与电极的形状有关；5水果电池的电流变化与电极插入的深度有关。4.2.2设计电路图4.2.2.1测量电路4.2.2.2水果电池构造（电源）4.3准备材料柠檬X2苹果X1橙子X1土豆X1（后补充）铜板X2铁棒X2锌棒X2电流表X1电压表X1小灯泡X1导线若干4.4制作水果电池我们首先以柠檬为原料S1转动柠檬，一边转动一边用手挤压它们直到感觉它们变得有点“柔软”。注：这样做是为了让柠檬内部产生更多的果汁。这一步非常重要；因为这样可以帮助我们得到柠檬电池最好的效果。S2将一颗准备好的铁钉拧进一个柠檬的大约 1/3 处。使用小刀，小心的在柠檬另一边 1/3 处切开一个 1 厘米的切口。注：铁钉事先应打磨光滑，这样便于反应，效果更好将铜片插入切口直到铜片的一半都在柠檬中。注：铜片要求同上无论您是否相信，现在就可以从柠檬中得到电流了！如同其它电池一样，铁棒是它的正极（+），铜片是负极（-）。S3像上述所说的将铜片，铁棒插入其它两个柠檬。S4使用导线和夹子，将第一个柠檬上的铁棒与第二个柠檬上的铜片连接在一起，以此类推，这样就将三个柠檬电池联接在一起了。同时也给第一个铜片和最后一颗铁钉连上带夹子的导线。S5给连接到第一个铁钉上的夹子上，用纸条写上“+”同样给连接到最后一个铜片上的夹子写上“-”。像真正的电池组一样，柠檬电池组也有正极（+）和负极（-）。当像这样串联时，这些柠檬电池共同产生与几个小电筒电池串联所产生的相同的电压，或者说是电势，大约在 2.5 伏到 3 伏之间。但是柠檬电池组不能产生足够的电流以使电筒灯泡发光。为了确认水果电池是否正常工作，我们在它两边接上电表，发现能读出示数。经过制作，我们的水果电池终于可以正常工作啦4.5收集整理实验数据4.5.1水果电池的电压大小与电极有关； 我们采取了控制变量发进行测验，使用相同的水果，对电极材料，电极距离，电极深度，电极形状进行实验，分别改变他们的某一种变量，对其所组成电源所产生的电压进行计算并对比。实验表格柠檬第一组第二组第三组第四组第五组水果柠檬柠檬柠檬柠檬柠檬电极材料Fe CuCu ZnFe CuFe CuFe Cu电极距离1CM1CM2CM1CM1CM电极深度5CM5CM5CM2CM5CM电极形状（铁）棒棒棒棒片电压（V）1.041.530.720.611.174.5.2水果电池的电流大小与水果种类有关；我们依然采取了控制变量法，所进行的实验，两个电极分别为铁棒和铜片，电极距离，电极深度，电极形状均相同，改变所使用的水果，并统计相关数据。实验表格I(mA)苹果橙子柠檬第一次4395145第二次52100153第三次55105157平均值50100151.64.5.3水果电池的电压大小与其酸度有关（补充）因我们在后期总结时对水果电池电压大小与其酸度的关系产生争议，所以补充了下列实验。实验表格U(V)苹果土豆第一次1.021.13第二次1.001.08第三次1.021.09平均值1.011.114.6结论4.6.1观察表格4.5.1可以看出，水果电池产生的电压与其电极距离，电极深度，电极形状有关。经组员讨论后一致认为，电极距离，电极深度，电极形状，均与电极与水果内部的接触面积有关，经数据整合以及绘制出的图标显示，水果电池产生的电压与金属棒与水果内部的接触面积成正比。4.6.2观察4.5.2可以看出，水果电池产生的电流与所组成电池的水果种类有关。观察表格数据不难看出，苹果，橙子，柠檬的酸味明显增强，其PH值也明显变强，同时以其所组成的水果电池电流也显著增强，因此我们得出结论，水果电池与其酸度成正比。但是查阅资料后发现，用土豆所组成的水果电池，也可以产生较强的电压，所以我们进行了补充实验，如表格4.5.3.经观察实验数据后可以看出，用土豆所组成的水果电池所产生的电流不亚于苹果所产生的电流。但是显而易见，土豆的酸度远比苹果小。经小组讨论后，我们得出结论，水果电池产生的电流与所组成电池的水果种类有关，电极与水果之间反应强度越强，制作出的电池所产生的电压越强。第五章 不足之处与展望5.1不足之处5.1.1实验误差分析VA.ErR.理想RVE测r测图示电路：虚线部分可等效为一个电源，电压表测的是等效电源的路端电压，电流表测的是等效电源的总电流，故该电路测的是等效电源的电动势和内阻。根据等效电源知识有：VA.ErRE测r测RA 图示电路：虚线部分可等效为一个电源，电压表测的是等效电源的路端电压，电流表测的是等效电源的总电流，故该电路测的是等效电源的电动势和内阻。同理有： 理想 该电路测得的电动势虽然准确，但是由于电流表的内阻比较大，故该电路的测量误差很大。5.1.2数据整合误差统计由于技术与经验不足，所得到的数据波动较大，且所做实验组数相对较少，所以所取平均值并不是十分理想5.1.3结论分析误差由于所学知识有限，尚无法了解有关土豆与金属之剑的反应是如何发生的，故此结论仍不被少数组员信服。5.2展望5.2.1土豆与金属之间的反应究竟是怎样发生的？5.2.2pH值与电流，电压之间定量关系是什么？第六章 感言6.1参与者感言1 通过本学期研究性学习的课程,使我们组的成员对做好课题研究有了新的认识.以前的我认为研究性学习的课题研究和调查只要做了就行,不需要刨根求底,以导致我对事物的了解够全面,做出的课题也不近人意. 在本学期中,课题与课本上的知识有了联系,让我们有被动学习，变成了主动探究，改掉了以前研究性学习不够认真的毛病,从新出发,利用好每一寸光阴.将所负责的课题做得更全面,更完整. 研究性学习不是一个普通的课程,它需要我们的团结协作的能力,只要大家团结一心,那么课题的研究就会事半功倍,所以研究性学习小组的每一位成员都做好自己负责的工作,努力与大家合作,协作帮助他人,要有集体荣誉感,不要有事不关己的消极态度,要主动合作,这样,研究性学习才可以顺利完成.通过上的学年的研究性学习,在这下个学期的课程研究,我相信我们一定会做得更好. 研究性学习是个实用的课程,对我们影响很大,丰富我们的课余生活，提高我们的社会实践能力,培养我们对未知领域的探索精神.所以,我们将会更加努力学好这门课!6.2参与者感言2这次研究性学习对我还有与我同组的人来说都是一次很棒的经历，同样也是一次不错的锻炼机会。在选题之初，我们的物理成绩都不好，想借此机会，更加深入的了解物理这门学科，于是乎我们就决定选这个有关物理的选题“水果电池”。准备工作更是一波三折，我们听指导老师说，实验要用到的用具：各种水果，铁，铜，锌，镁，电流表，电压表等等，除了电表学校会帮我们准备，其他的都要自己准备后，我们便犯了难。水果还好说，可是铁，铜等金属怎么买啊?我们利用放学时间去买这些，卖家说起价5元，能买1斤。不讲价。我们磨破了嘴，想让他们送我们几个，没想到他们比我们还能说，说了半天废话，就是不给（我们哭了）。之后我们又去求化学老师帮我们从化学实验室搞一点，遗憾的是，老师忘了。（我们泪流满面）等到了周二，我们提心吊胆的去了实验室，心想没东西做，今天的实验要泡汤了。可是奇迹发生了，老师使我们意想不到又说给提供了，这让我们感激不尽。实验之前，老师又耐心为我们讲解了实验的理论依据与实验简图及有关的操作，我们听得格外认真以防实验时出错。实验开始了，首先按照老师的要求，处理好水果，接着联通好电路。在这之前一切都很顺利，但是还是出现了错误了，联通好的电路电压表虽然有示数，电流表却没有示数，我们找不到那里出现的问题，因为没有任何有差错的地方。经过了长达15分钟的激烈讨论过后，我们仍然一无所获后来，我们的大组长孙zp，拧了拧铁棒，电流表一下就出现示数了，接着爆发出了一阵阵惊呼我们后来顺利的记录了相关数据，结束了我们第一次的活动。在实验的同时，也有一位同学在细心的记录，这个记录并非笼统的记录人物时间干了什么，而是详细的记录过程，以便于我们最终的总结与经验升华。这在以后对参加这个活动的我们来说也是一种精神财富。虽然这第一的成功背后有着许多的起伏，我们也为电池的正常工作而高兴。为了达到精益求精，我们在下