水果电池探秘.doc
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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
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2013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。
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。
表一
序号
1
2
3
4
5
水果种类
橘子
苹果
梨
西红柿
猕猴桃
距离（cm）
4
4
4
4
4
插入深度（cm）
2
2
2
2
2
电极直径
小
小
小
小
小
电压（V）
0.05
0.1
0.1
0.25
0.3
2、以猕猴桃为对象，在保证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，调整电极的间距进行实验，测试数据见表二。
表二
序号
1
2
3
4
水果种类
猕猴桃
猕猴桃
猕猴桃
猕猴桃
距离（cm）
0.5
2
4
5
插入深度（cm）
2
2
2
2
电极直径
小
小
小
小
电压（V）
0.4
0.31
0.3
0.3
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。
表三
序号
1
2
3
水果种类
猕猴桃
猕猴桃
猕猴桃
距离（cm）
5
5
5
插入深度（cm）
2
2.9
3.4
电极直径
小
小
小
电压（V）
0.3
0.45
0.5
4、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。
表四
序号
1
2
水果种类
猕猴桃
猕猴桃
距离（cm）
5
5
插入深度（cm）
2
2
电极直径
小
大
电压（V）
0.4
0.4
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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