课题12苹果电池.docx
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课题12苹果电池
课题1：
苹果生电的实验
一、内容解读
一级主题“物质”下的二级主题——“物质的属性”下又有四个三级主题。
其中第一个主题就是“能描述物质的一些属性。
尝试将这些属性与日常生活中物质的用途联系起来”。
该主题第一点“描述物质的一些属性”属于了解水平。
该主题的第二点“尝试将这种属性与日常生活中物质的用途联系起来”属于独立操作水平。
该主题通过理论联系实际，使得学生对自然界有了好奇，通过本课题“苹果生电”的实验研究，培养学生乐于探索自然界现象和日常生活中的物理学
1．课题目标
（1）了解生物体也可以产生电这一属性以及影响这一属性的因素。
（2）经历拟订简单的科学探究计划和实验方案，体会应用已知的科学规律去解释某些具体问题。
具有初步的分析概括能力
（3）形成对自然界的好奇，领悟自然现象中的美妙，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学。
2．背景描述
我们知道水的流动需要水位差，同样电荷的移动也要有电势差，一个电路中如要有电流就需要一种能维持这种电位差或电压的装置，这个装置就是电源。
化学电池是生活中常用的电源，世界上最早的化学电池是伏打设计并制成的，他把银和锌作为两个电极插入食盐溶液中，制成了最简单的化学电池——伏打电池。
如图所示是简单化学电池的原理图，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，反应使锌电极带上负电荷，铜电极带上正电荷。
因为两个电极带异种电荷，它们之间就存在了电压。
电压引起电荷流动。
如果把两个电极用导线连到电路中，自由电荷在电位差（或电压）作用下就会从电池的一个电极流向另一个电极，换句话说，化学电池在导线中产生了电流。
电荷通过电解质流回，构成一个完整的回路。
水果中含有大量的水果酸，它也是一种很好的电解质，我们设想如果在一个苹果中插入两个电极，会不会象化学电池一样能产生电压呢？
本课题就是利用苹果制作化学电池，来研究苹果能否产生电压，以及决定苹果所产生电压大小的因素。
二、材料器具
1．两枚镀锌的钉子，约10cm长两片跟钉子大小差不多的铜片，3根约30cm长、两端约2cm已剥去绝缘层的导线（材料），两块弹子球大小的黏土，4只夹子（带弹簧），3只苹果（大小不一样）
2．电流表（微安）、发光二极管（器具）
三、教学建议
本课题是学生在学习了电流和电路后开展的研究，此时学生已经知道了电流的概念及一些常用的电器元件，如电池、电流表、电压表等。
也知道了金属中有自由移动的电子，这些电子平时它们的运动是杂乱无章的，一旦接上电池后，它们就受到了推动，出现了定向移动，于是形成了电流。
同时学生也知道一些常用的电池及干电池的内部结构。
教师在此基础上可以提出，除了干电池外，有没有湿电池，从而提出化学电池的概念。
在教学过程中教师可以向学生介绍一下电池产生的历史，伏打电池的结构和原理等。
接着教师可以再提出这样的问题：
水果也能制作电池，你也试试吧。
哪种水果、电极组合好些？
之后由学生讨论寻找材料，在本课题中学生提出了用苹果做电池，并设计了实验方案。
1．研究苹果电池电流、电压的大小和苹果大小无关；
2．研究苹果电池电流、电压大小与电极插入深度的关系；
3．研究苹果电池电流、电压大小与电极大小的关系；
4．研究苹果电池电流、电压大小与电极间距离的关系；
5．研究苹果电池的放电时间长短；
6．研究苹果电池的驱动能力。
提示：
每一位同学体验完后要用酒精棉花对线头进行处理后再让另一位同学体验
本实验应该是开放式的探究实验，教师除了必要的指导外，都有学生自己来完成。
四、活动展开
1．动手实践，自主探究
把一枚镀锌的钉子插入苹果中，留出约3~4cm的钉子在苹果外面，同时把一片铜片插进苹果。
在钉子与铜片露在苹果外面的一端连接上导线，叫三名同学上来，将两根导线的另外一端放在学生的舌头上，三名同学都体验完后，让他们谈一谈自己的感受。
三位同学都回答舌头感到有点麻。
教师问：
为什么从插在苹果上的钉子与铜片接出的导线放在舌头上感觉到麻呢？
2．观察议论，大胆猜想
学生经观察讨论后回答出是由于产生了电流的缘故后，教师继续问：
（1）苹果电池产生的电流、电压的大小和哪些因素有关呢？
（2）它又能持续多长时间呢？
（3）苹果电池能驱动仪器和设备工作吗？
（4）
建议：
让学生观察整个装置，讨论分析原因
采取怎样的措施可以让苹果电池的电流（电压）增加，更容易驱动仪器和设备？
学生相互议论：
（1）电极上的正负电荷
苹果电池和化学电池非常相似，化学电池由两个电极组成，电极与电解质发生化学反应使一个电极上带负电荷，另一个电极上带正电荷。
（2）电流大小跟电极和苹果接触面的关系
电极上带的电荷越多电流越大，那么插入苹果中的两个电极增大，电极与果酸的接触面积增大，反应变得强烈，产生的电流（电压）相应增大。
（3）电流大小跟两个电极相互之间的距离有何关系
两个电极越靠近，中间隔的果肉就越少，也就意味着两个电极之间的电阻减小了，流相应地就增大了，所以苹果电池电流的大小还和两个电极间的距离有关。
（4）苹果的大小会不会对其产生的电流有影响呢？
两个电极的大小一定时，一定的时间内和两极发生化学反应的果酸的量是一定的，苹果的大小对其产生的电流（电压）的大小没有影响。
（5）电流怎么会逐步消失了呢
苹果中的果酸均匀地分而在苹果中，要与电极发生化学反应，要从苹果的各个部位慢慢地到达电极附近，所以苹果中的果酸要用很长的时间才能被反应完，相应地电流也要持续很长的时间。
正因反应缓慢，所以产生的电流很小的，苹果电池两端的电压也是比较小的。
苹果电池的电流估计只有几十到几百微安，电压也只有零点几伏，所以无法驱动例如电子表、计算器，小电珠等仪器和设备。
化学电池中电极和电解质发生化学反应产生电荷，电荷在完整的回路中形成了电流，溶液中的电解质要逐渐地才能与电极接触发生化学反应，当全部电解质都发生反应后就无法再产生电荷，电流也就消失了。
日常生活中手电筒中的干电池是两个或两个以上的电池以串联的方式连接在一起的，可以将两个苹果电池以串联的方式连接在一起来增加其电流和电压，从而可以用来驱动仪器和设备。
提醒学生，日常生活中的干电池，和其它电压较高的电池，不要将其正负极直接连接起来
通过以上推测可以想到：
苹果电池产生的电流的大小和电极插入苹果的深度，两电极的大小，两电极之是的距离有关，与苹果的大小无关。
苹果电池产生的电流持续的时间较长。
虽然苹果电池产生电压都比较弱，但我们可以将多个苹果电池串联以达到驱动仪器和设备的目的。
3．启示思路，破释猜想
说明：
选择E是考虑到同一品种的苹果其性质也有一定的差异，而同一个苹果各部分之间的差异较小；
通过怎样的实验来检验以上猜想呢？
这个实验需要解决三个问题。
同学们讨论了解决这三个问题的各种可能方法：
（1）如何改变两个电极的大小？
学生A：
换用大小不同的钉子、铜片？
学生B：
改变插入苹果的钉子与铜片的深度来改变两个电度的大小。
（2）如何让苹果的大小改变的比较明显？
学生C：
挑选个头相差比较大的几个苹果做实验。
学生D：
将苹果榨成汁，倒在烧杯中，通过改变烧杯中苹果汁的量来改变苹果的大小。
学生E：
选一个大一点的苹果，做实验的过程中用刀每次切去它的1/4。
（3）如何测苹果电池产生的电流持续时间的长短？
学生F：
看着电流表的示数，用秒表测一测电流表有示数的时间。
学生G：
让它驱动电子表，看电子表能走多长时间。
不用心学生H：
将苹果电池的正负极短路，每隔一段时间测一次电流的大小。
教师建议：
用学生B、E、H提出的方法外加用电子表测试苹果电池的驱动能力的方法来组成探究实验的方案。
（1）．研究苹果电池电流、电压的大小和苹果大小无关
按照教师的建议，学生分小组进行实验操作：
把苹果、钉子、铜片、夹子、导线、电流表（电压表）按照片所示接好，每测完一次电流和电压，从苹果上切去1/4。
将测得的电流和电压值填入下表（表1）。
苹果大小
1
1/4
1/2
1/4
短路电流I（μA）
110
105
110
120
开路电压U（V）
0.28
0.25
0.25
0.28
（2）．研究苹果电池电流、电压大小与电极插入深度的关系
在第一项研究的基础上，换另一只苹果，如照片所示，逐步将钉子、铜片插到苹果中去，插入深一点，读一次电流和电压的值，并将数据填入下表（表2）。
电极插入深度h（cm）
1
2
3
4
5
6
短路电流I（μA）
50
70
100
130
160
180
开路电压U（V）
0.12
0.18
0.22
0.27
0.30
0.34
（3）．研究苹果电池电流、电压大小与电极大小的关系
与第二项研究相比，是另一种改变电极大小的方法，选用宽度不同的铜片，保证每次接入电路时，铜片插入苹果的深度是一样的。
将每次得到的电流和电压值填入下表（表3）。
电极宽度d（cm）
0.4
0.55
0.7
0.9
短路电流I（μA）
90
100
110
115
开路电压U（V）
0.18
0.19
0.20
0.22
（4）．研究苹果电池电流、电压大小与电极间距离的关系
固定一个电极，将另一个电极沿直径方向一方面移动，以改变两电极间的距离。
或将另一电极沿苹果截面的圆周移动，改变两电极间的距离，并将每次测得的电流和电压值填入下表（表4）
电极间的距离L（cm）
4.6
3.3
1.8
0.9
短路电流I（μA）
130
140
150
170
开路电压U（V）
0.22
0.30
0.35
0.40
（5）．研究苹果电池的放电时间长短
将苹果电池的两个极直接用导线连接起来，每隔一定的时间测一次苹果电池的电流和电压，直到电放完为止。
（6）．研究苹果电池的驱动能力
将音乐贺卡上的发光二极管拿下来，分别测试1个苹果电池、2个苹果电池串联，3个苹果电池串……时发光二极管发光的亮度。
五、分析讨论
在研究苹果产生的电流和电压的大小与苹果大小的关系时，是否保持电极插入的深度，电极的大小，电极的间距不变呢？
简答：
我们在研究几个量之间的关系时，常确定某几个量，然后研究剩下的两个量之间的关系。
这种方法我们称之为控制变量法。
从我们得到的数据中可以分析得出苹果产生的电流和电压与苹果的大小无关。
但我们在研究的过程当中，因为改变苹果的大小同时也改变了两个电极之一间的距离。
这个改变对实验的结果有一定的影响，但影响不是很大。
从电极之间的间距对苹果电流、电压的影响数据中可以看出。
其它的因素保持不变的。
这些因素都做了充分考虑后，实验的结果是可靠的。
六、活动延伸
延伸1只有苹果能产生电吗？
试一试橙子、橘子、西红柿等其它水果。
比较一下这些水果当中哪一种产生的电流强，电压高。
活动要求：
不同水果进行比较时要保持两种水果的量相同，而且为了减少偶然因素对实验结果的影响，要进行多次实验，且每一组实验时使水果的量不同。
提示：
这一结论可以用来测试苹果的成熟程度
活动提示：
不同种类的水果形状、大小可能不同，相互比较时，为了控制量的相同，可以先将所有的水果都榨成汁，然后将水果汁放在烧杯中进行比较研究。
延伸2苹果的成熟程度对苹果电池的电流和电压的大小有没有影响呢？
如果我们的假设经过实验证实，这一结论将有怎样的实际意义呢？
活动要求：
再进行研究前，要求学生上网查资料，了解苹果成熟过程中化学成份的变化。
然后回到课题中，分析苹果的成熟度对苹果对有影响的因素。
活动提示：
为保证实验的科学性和实验数据的有效性，到苹果园去摘两个同棵树上的成熟程度不同的苹果
七、资料集粹
1．电池的科学
电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：
一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论；另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质界面上的电化学行为。
电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。
利用化学反应产生电能的装置,也称为化学电池;但不是所有的电池都属于此类化学电池。
（摘自
2．微生物电池
在探索微生物能源工作中，一些国家正在从事着微生物电池的研究。
什么是微生物电池呢？
它是一种用微生物的代谢产物，做电极活性物质，从而获取电能。
从研究的进展看，做为微生物电池的活性物质，只限于甲酸氢、氨等。
我们用一种叫产气单胞菌的细菌，处理100克分子椰子汁，使其生成甲酸，然后把以此做电解液的3个电池串连在一起，生成的电能可使半导体收音机连续播放50多个小时。
当然，这只是试验,但它表现出的事实是令人神往的。
（摘自
八、练习精选
1．苹果电池的哪些部分相当于电池的正极
A、铜片B钉子C苹果D铜片和苹果
参考答案：
A
2．什么是化学反应？
苹果电池是否是通过化学反应产生电流？
参考答案：
3．没有电池，你能得到电流吗？
参考答案；能
4．苹果能使小灯炮发光吗?
5．你想过身边的材料，如：
酱油、食醋、盐水、饮料、铅笔芯、钱币、铁钉等可作电池吗？
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