磁场中的电化学反应实验分析

磁场中的电化学反应实验分析

一、前言

现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、

不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。

目前有磁性材料作电极的铁银蓄电池，但铁银蓄电池放电时没有

外加磁场的参与。

通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验

报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合

物。

二、实验方法和观察结果

1.所用器材及材料

(1)长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50

(2)磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上

用。还有铁氧体磁体30*23毫米二块、稀土磁体12*5毫米二块、稀土

磁体18*5毫米一块。

(3)塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。

(4)铁片两片。(对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀

片除t秀、或用酸清洗)用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面

用砂纸处理。

2.电流表，0至200微安

用微安表，由于要让指针能向左右移动,用表头上的调0螺丝将

指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0,

或者不调节。

3.”磁场中的电化学反应”装置是直流电源。本实验由于要使用电

流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，

(也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。本

实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变，电流表指针可以向左

或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由

〃磁场中的电化学反应"装置的正极流向〃磁场中的电化学反应"装

置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出〃磁场中的电化

学反应"装置的正极、负极。

4.手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶

中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

5.将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用

磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步

说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

6.将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装

有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到

悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁颜口溶液产生的现象同样）

7.通过步骤4、5、6我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物

质。

8.将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸

亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器

中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为

40毫米。

9.将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大

部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种

金属铁，没有电流的产生。

10.然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附

近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流,可以

看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正

极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种

金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的?

我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成

为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而

在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁

片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用

导线接通时,电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电

子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片

即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化■还原反应定律

来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的

铁离子聚集在表面,而没有处在磁埸的那一端的铁片的'表面的带正电

荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸

这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁

片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子

进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可

以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正

极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚

铁溶液中。下图所示。

11.确定“磁场中的电化学反应"的正、负极，确认正极是处在磁

体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。

12.改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第

10步骤中的磁体从某一片上移开（某一片铁片可以退磁处理，如放在交

变磁埸中退磁，产生的电流要大一些）然后放到另一片铁片附近，同样

有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动

方向产生了变化。

如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要

调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。

改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的

部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。

下图所示磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流

动方向改变，《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体

在电极的正极位置。

三、实验结果讨论

此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在

于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁

体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体

在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，〃磁场

中的电化学反应〃是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而

产生的可逆的电化学反应。请特别注意〃可逆"二字，这是本物理现

象的重点所在。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁

场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实脸两极是用相

同的金属）。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力（洛伦兹力）定

律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且

洛仑兹力要做功。

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体

的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正

极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是

与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变

而改变，这也是与以往的电池区别所在。

产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电

解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中

通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物

的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质

产生（或所需）的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗

的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的

距离。

四、进一步实验的方向

1.在多大的铁片面积下，产生多大的电流?具体数字还要进一步实

验，从目前实验来看，铁片面积及磁场强度大的条件下，产生的电流

强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电

流强度大。

2.产生电流与磁场有关，还要作进一步的定量实验及进一步的理

论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大，在实验中，最大

电流强度为200微安。可以超过200微安,由于电流表有限,没有让

实验电流超过200微安。

3.产生的电流值随时间变化的曲线图A-T（电流-时间）,还要通

过进一步实验画出。

4.电解液的浓度及用什么样电解液较好？还需进一步实验。

五、新学科

由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资

料，可以说是一门新学科，因此，还需要进一步的实验验证。此文起

抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。

八年级物理实验报告：声音强弱与那些因素有关

文章摘要：八年级物理声音强弱与那些因素有关实验报告

【初中物理实验】声音强弱与那些因素有关

探究课题：声音强弱与那些因素有关

1.提出问题：

声音的强弱（声音的响度）可能

1）与声源振动的幅度（振幅）有关；

2）与人离声源的距离有关。

2.猜想或假设：

1）声源的振幅越大，响度越大；

2）人离声源的距离越近，人听到的声音响度越大。

3.制定计划与设计方案（用控制变量法）如：

探究1）声音的响度与声源振动的幅度（振幅）的关系：

考虑让人与声源的距离相同，使声源的振幅不同，看在声源的振

幅大小不同时，听声音响度大小的情况怎样？

探究2）响度与人离声源距的离大小关系

考虑让声源的振幅相同，使人离声源距离不同，看在人离声源的

距离大小不同时，听声音响度大小的情况怎样？

4.进行实验与收集证据

探究1）

选一只鼓，在鼓上放一小纸屑，让人离声源的距离0.5米（不变）

（1）第一次轻轻地敲击一下鼓，看到小纸屑跳起（如0.5厘米），

听到一个响度不太大的声音；

（2）第二次重重地敲击一下鼓，看到小纸屑跳起（如1.5厘米），

听到一个响度很大的声音。

结论：人离声源的距离相同时，声源的振幅越大，声音的响度越

大。

探究2）

实验过程与上类似

结论：声源的振幅相同时，人离声源的距离越近，人听到的声音

响度越大。

5后我评估：

这两个结论经得起验证。如，我们要让铃的声音很响，我们可以

用力去打铃;汽车鸣笛，我们离汽车越近，听到的声音越响。

6.交流与应用

如果我们声音小了，听众可能听不见我们的说话声，我们可以考

虑：

1）让说话的声音大一些（声带的振幅大了）；

2）与听众的距离近一些。

九年级物理实验报告：研究电磁铁（人教版）

文章摘要：人教版九年级物理研究电磁铁支脸报告

【初中物理实验】研究电磁铁实验

实验：研究电磁铁

一、实验目的

探讨电流的通、断、强弱对电磁铁的影响;探讨增加线圈匝数对电

磁铁磁性的影响。

二、实验器材

电磁铁、电源、开关、滑动变阻器、电流表和一小堆大头针。

三、实验步骤

1.将电源、开关、滑动变阻器、电流表与电磁铁连成串联电路。

2.将开关合上或打开，观察通电、断电时，电磁铁对大头针的吸

引情况，判断电磁铁磁性的有无。

3.将开关合上，调节滑动变阻器，使电流增大和减小（观察电流

表指针的示数），从电磁铁吸引大头针的情况对比电磁铁磁性强弱的

变化。

4.将开关合上，使电路中的电流不变（电流表的示数不变）改变

电磁铁的接线，增加通电线圈的匝数，观察电磁铁磁性强弱的变化。

四、实验记录

通电断电电流增大电流减小线圈匝数增多电磁铁的

磁性强弱

五、实验结论

（1）电磁铁通电时___磁性，断电时磁性。

（2）通入电磁铁的电流越大，它的磁性越—。

（3）在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的

磁性越____O

初中物理课外实验：玻璃棒摩擦生电

文章摘要：初中物理课外实验：玻璃棒摩擦生电实验及注意问题

【初中物理实验】：玻璃棒摩擦生电

在现行的中小学物理教材中讲述过〃用丝绸磨擦过的玻璃棒带正

电〃。我通过实验发现：如果玻璃棒的温度升高，用丝绸磨擦过的玻

璃棒，玻璃棒既可以带正电也可以带负电；同时玻璃体也可能由绝缘

体转变为导电体。

实验介绍如下：

实验器材

小学或中学实验室常规配备的静电实验盒三盒（我使用的是四川

省教学仪器厂出产的J238静电实验盒），1500瓦电炉一个；220伏

交流电源一台，220伏带灯座白炽灯泡一个，酒精喷灯一盏，自制带

电极玻璃体（用废旧220伏白炽泡除掉泡状外壳和锯丝），220伏白

炽灯座一只，电工用实睑板一块，220伏开关一只，适合220伏用导

线若干。

实验操作规程及实睑结果：

1.玻璃棒磨擦起电实验

（1）用干燥清洁的毛皮和橡胶棒（或塑料棒）相磨擦，使橡胶棒带

上负电荷（按现行教材规定）并放在绝缘支架上，再用干燥清洁的玻

璃棒和丝绸相磨擦，使玻璃棒带电并接近但不接触前一根带负电橡胶

棒时，可以观察到橡胶棒被〃拉〃着在支架上旋转，即相互吸引，证

明此时用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电荷。

（2）在地面上放好1500瓦电炉,在距炉面竖直高30~40厘米左右

的地方架起可横放玻璃棒的框架，将几根实验用玻璃棒放于其上，接

通电炉烘烤，此时玻璃棒的环境温度可以达到50~85摄氏度左右，当

烘烤时间在30~50分钟左右，取烘后的玻璃棒与干燥清洁的丝绸相磨

擦，将磨擦后带电的玻璃棒接近不接触操作规程1中支架上带负电的

橡胶棒（也可重新按操作1使之带上负电荷）时，可观察到橡胶棒被

〃推”着旋转，即相互排斥；将磨擦后带电的玻璃棒（烘后的）接近

不接触操作1中放在支架上带正电的玻璃棒（也可重新按操作1使之

带上正电荷）时，可观察到（操作1中）玻璃棒被"拉"着在支架上

旋转，即相互吸引，由此可以证明用丝绸磨擦玻璃棒（烘烤后的）带

负电荷。

上述实验证明：在常温条件下，用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电荷,

在上述相对的特殊条件下，用丝绸磨擦过的玻璃棒带负电荷。

2.玻璃体绝缘性能实脸

实验1用220伏用导线将220伏带灯座白炽灯泡和开关串联安装

在电工用实验板上，然后连接在交流电源220伏输出端，在检查串联

无误和保证安全的条件下，接触电源，合上开关，可观察到：白炽灯

发光，说明线路器材完好。

实验2将自制带电极玻璃体安装在220伏白炽灯座上，再将其串

联安装在上述实验1的线路之中，在检查整个吕联无误和保证安全的

条件下，接通电源，合上开关，可观察到：白炽灯不发光，说明自制

带电极玻璃体不导电，可以证明此玻璃体具有绝缘性，说明〃玻璃是

相当良好的绝缘体"（九年义务教育三年制初级教科书物理《导体和

绝缘》一课中结论）。

实验3上述实验2通电时，用酒精喷灯外焰加热自制带电极玻璃

体，当玻璃体被加热达到红炽状态时，可观察到：白炽灯发光，说明

自制带电极玻璃体导电，可以证明此玻璃体具有导电性，此时的玻璃

体是导电体。上述实验证明玻璃既可以是绝缘体又可能是导电体。具

体原因估计与玻璃的原子分子结构及温度效应有关。

2011高考物理知识点总结42:磁场对运动电荷的作用-洛仑兹力

【点击下载】（454KB）

2011高考物理知识点总结33:磁场对电流的作用——安培力

【点击下载】（452KB）

高一物理学习方法：课前、课堂、课后多管齐下

文章摘要：我们庄初中升入高中，学习物理的积极性很高，但经

过一段时间的学习（一般是入校到期中测验前），发现自己虽然很努力，

但学习效果却不好，很多学生不解：为何初中物理学的还可以，到了

高中却常常不及格，时常有问题分析"听得懂,不会做"，甚至〃怎

么也听不懂〃的抱怨。家长十分着急，部分青年教师也茫然，造成这

种现象…

我们由初中升入高中，学习物理的积极性很高，但经过一段时间

的学习（一般是入校到期中测验前），发现自己虽然很努力，但学习

效果却不好，很多学生不解：为何初中物理学的还可以，到了高中却

常常不及格,时常有问题分析"听得懂，不会做"，甚至〃怎么也听

不懂”的抱怨。家长十分着急，部分青年教师也茫然，造成这种现象

的原因是我们作为高一新生还没有实现初高中物理台阶的跨越。

一、初高中产生台阶的原因

1、初高中物理知识本身的差异。

（1）初中物理具有形象性、直接性、经验性的特点，以形象思维

为主，主要通过对现象的观察和演示实验使学生建立物理概念认识其

规律，获得定性知识。高中物理具有概括性、间接性、逻辑性的特点，

抽象思维为主，如高一物理所讲的摩擦力产生条件、静摩擦力方向、

物体受力分析、力的合成与分解、瞬时速度、加速度等，都要求学生

具有较强的抽象思维能力。刚进入高中的学生对从形象思维到抽象思

维的跨越难以适应。

(2)初中物理以定性分析为主，定量计算非常简单，而高中物理

不但要定性分析，而巨还要进行大量、复杂的定量计算，刚进入高一

的学生对这种从定性到定量的突变不适应。

(3)初中物理习题以简单理论和算术计算为主，而高中以逻辑推

理代数计算为主，大量运用三角函数、直角坐标系、相似三角形、方

程等解决物理问题。高中力学中矢量较多，如：力、速度、加速度、

动量、冲量等，学生必须先进行正确的分析、判断，确定矢量方向，

然后选取正方向，简化为代数运算，这一步骤本身就要求学生对矢量

有正确理解。其次，正负号使用多样化，在高中物理的分析和运算中

"+、-号”用途较广，意义各不相同，不能混淆。例如：〃+、」号

可以表示矢量的相反方向、过程的方向、表示势能的大小及变化的情

况等，这使得不少学生产生了混乱，把物理运算当成了纯数学运算，

分不清"+、号的物理意义，当然不能得出正确的结论。

2、学生学习心理的主观台阶。

(1)思维过渡困难。根据皮亚杰的儿童思维发展理论，中学生思维

处于从具体运算阶段向形式运算阶段过渡，即从初步逻辑思维向抽象

思维过渡。初中生的思维处于具体运算阶段，此时他们能进行初步的

逻辑思维，但还离不开具体事物的支持。初中物理研究的是实实在在

的物体，物理知识也是建立在形象思维的基础上，初中物理学习内容

基本适应学生的思维发展水平。但高中物理研究对象大多是理想模型,

要求学生更多地运用抽象思维来获得物理知识，要求学生在头脑中把

形式和内容分开，离开具体事物，根据假设来进行逻辑推演。多数高

一学生的抽象思维正从经验性思维向理论性思维过渡，其中经验思维

仍占优势，思维在很大程度上仍依靠具体经验材料，不善于从理论上

进行演绎推导。而高中物理有相当严密的推理系统，始终强调抽象思

维，学生的思维水平很难马上适应高中物理思维抽象程度的要求，故

造成了进一步学习物理的困难。

(2)先入为主障碍。调查发现，未进救咧星埃被他人告?quot;高

中物理难学”的学生占50%以上，这在〃中〃等生中尤为明显(比例达

70%)o而〃好〃、”差”生中较少(比例分别为15%,22%).可见在对

高中物理一无所知的情况下，半数以上的学生，对物理学科存在着畏

惧感。这种先入为主的人为因素，使学生产生畏惧心理，对能否学好

物理产生动摇，失去了信心，给高中物理教学造成了无形的障碍。

(3)认知结构重建。高中物理相对于初中物理而言，是具有更强

包括性的上位知识，对上位知识的学习应重新组织认知结构，把原来

已有的相应的下位知识，作为理解和支持新的上位知识的生长点。掌

握了上位知识，下位知识不难由此记忆或导出。但原有的知识结构往

往对更新认知结构产生障碍作用。经验性错误和原有知识的负反馈影

响正确概念的形成。其一，学生对日常生活中原有的一些认识，包括

不少浮浅或错误的认识，影响学好新的物理知识。如"力是改变物体

运动状态、产生加速度的原因"。而许多学生由"物体不拉不推不动"

的错误认识，得出物体滑上斜坡的过程中一定有拉力或推力作用；飞

行中的子弹必然还有一个向前冲力的作用等错误结论。其二，〃相关

知识”的影响。学生在初中学过的较简单概念、定律，掌握不好或形

成〃思维定势〃，影响其知识的扩展和延伸。例如：把作用力、反作

用力与二力平衡相混淆;把放在斜面上的物体认为其重力的大小等于斜

面对物体的支持力等。其三，"相似经验〃的影响。熟悉的、简单的

物理知识同新的物理知识相混淆。如：把动量P=mv和动能

Ek=l/2mv2相混淆等。

3、学生学习方法的台阶。

初中生掌握物理知识习惯于教师多讲、细讲，解决物理问题从头

到尾，步步不缺，教师也常为学生指出重点、炬点，要学生背牢记熟,

对于如何指导学生认真读书、建立物理情景、分析物理过程，极少考

虑。学生逐渐养成了死记硬背的呆