挖掘教材 深入探究

于俊亭

探究的学习方式是新课程所倡导的，而探究学习的起点是问题，教师需提出恰当的问题针对课本中的内容，结合学生的实践提出问题，笔者认为是一个可行的方法. 本文以“自来水电池”的探究为例，叙述探究的过程.

人教版高中物理教科书选修3-1“实验：测定电池的电动势和内阻”一节，介绍了根据闭合电路欧姆定律，利用“安阻法”测定水果电池的电动势和内阻.教科书指出，水果电池内阻比较大容易测量，但是由于化学反应正极附近会析出气体（氢气），在一定程度上使正极与电解质溶液（果汁）隔离，明显地改变了内阻.笔者设想如果用水代替果汁，因为有空气里的氧气溶解于水中，原来发生在水果电池正极上的析氢腐蚀，在水电池正极上就变成吸氧腐蚀，水电池正极上就不会有气体析出[1]，水电池的内阻就可能保持稳定了.试一试吧，果真如此.是否已有文献对水电池作了介绍？研究状况如何？笔者在中国知网和万方数据库上搜索后发现，仅有两个可供参考的文献[2][3].文献2介绍了指导学生自制自来水电池仪和用它来探究水果电池性能的方法，文献3用自制的自来水电池装置，根据闭合电路欧姆定律测定了电池的电动势和内阻，但是这两个文献均未对影响自来水电池电动势和内阻的因素进行研究.我们知道“测定电池的电动势和内阻”这个实验成功的关键，一是要求在实验过程中电池的电动势和内阻要保持稳定，二是要求电池的电动势应尽可能大，内阻大小适中.为了设计出能满足实验需要的自来水电池，有必要对影响自来水电池电动势和内阻的因素进行研究.现把笔者的探究结果报告如下.

一、实验器材

万用电表一只，长6cm、宽3cm的铜板、铁板和锌板各一块，带鳄鱼夹的导线，砂纸，自来水，经过净水器处理后的纯净水.

二、实验探究与结果

1. 不同电极对自来水电池电动势的影响

用砂纸清洁铜板、铁板和锌板的表面并将它们组合成不同的电极，平行插入到自来水中，插入深度和电极间距皆相同.用导线将两电极与多用电表直流电压挡相连，读出自来水电池的电动势.测量结果表明，和原电池一样，两电极材料的金属活泼性相差越大，自来水电池的电动势就越大.在这里，铜与锌的金属活泼性相差最大，电动势最大，其数值可达0.9伏以上.

2. 电极与水的接触面积对自来水电池电动势的影响

改变电极插入水中的深度也就是改变了电极与水的接触面积.表1是自来水和纯净水的几组实验数据，这些数据告诉我们，自来水电池的电动势大小跟电极与水的接触面积有关，接触面积越大，电动势就越大，但是在电动势增大到一定数值后不再继续增大.表1中的数据还告诉我们，自来水电池电动势的大小跟正极浸入水中的面积有显著关系.所以在制作自来水电池装置时，应当尽可能增大正极与水的接触面积.文献3巧妙地选用不锈钢茶盅作自来水电池的正极，镀锌铁丝作负极，极大地增大了正极与水的接触面积，从而得到了能满足实验需要的电动势.我认为，如果在实验中用J0409型灵敏电流表（量程300μA，内阻100Ω）代替J0415型直流微安表（量程200μA，内阻500Ω），测量起来会更准确方便.

表1 以不同方式插入Cu-Zn电极时自来水电池的电动势及其变化情况，电极间距3cm

3. 电极间距对自来水电池电动势的影响

自来水电池的电动势大小是否与两电极之间的距离有关？将铜锌电极全部浸入水中，改变两电极之间的距离，读出多用电表的示数，表2是实验中的几组数据.可以看出，自来水电池电动势的大小跟两电极之间的距离有关，电极间距越小其电动势越大.

表2 Cu-Zn电极自来水电池的电动势

4. 影响自来水电池内阻的因素分析

由于在自来水电池的正极上无气体析出，所以它的内阻能保持稳定，这样自来水电池的内阻就是两电极之间水的电阻了.根据欧姆定律R=ρL/S可知，增加电极间距，相当于增加导体长度，自来水电池的内阻就增大；增加电极与水的接触面积，相当于增大导体横截面积，自来水电池的内阻就减小.

三、结论

综上所述，自来水电池电动势的大小跟电极材料、电极间距、电极特别是正极与水的接触面积有关；内阻的大小跟电极间距、电极与水的接触面积有关.用自来水电池取代水果电池更经济环保，实验数据更加理想，值得推广使用.

参考文献：

[1] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M]. 北京：化学工业出版社，1984：93-112.

[2] 乐菁.自制自来水电池仪[J].物理教学探讨，2012（4）：58-59.

[3] 朱向阳，郭训盛.测定自来水电池的电动势和内阻[J].教学仪器与实验，2011（12）：30-31.endprint

探究的学习方式是新课程所倡导的，而探究学习的起点是问题，教师需提出恰当的问题针对课本中的内容，结合学生的实践提出问题，笔者认为是一个可行的方法. 本文以“自来水电池”的探究为例，叙述探究的过程.

人教版高中物理教科书选修3-1“实验：测定电池的电动势和内阻”一节，介绍了根据闭合电路欧姆定律，利用“安阻法”测定水果电池的电动势和内阻.教科书指出，水果电池内阻比较大容易测量，但是由于化学反应正极附近会析出气体（氢气），在一定程度上使正极与电解质溶液（果汁）隔离，明显地改变了内阻.笔者设想如果用水代替果汁，因为有空气里的氧气溶解于水中，原来发生在水果电池正极上的析氢腐蚀，在水电池正极上就变成吸氧腐蚀，水电池正极上就不会有气体析出[1]，水电池的内阻就可能保持稳定了.试一试吧，果真如此.是否已有文献对水电池作了介绍？研究状况如何？笔者在中国知网和万方数据库上搜索后发现，仅有两个可供参考的文献[2][3].文献2介绍了指导学生自制自来水电池仪和用它来探究水果电池性能的方法，文献3用自制的自来水电池装置，根据闭合电路欧姆定律测定了电池的电动势和内阻，但是这两个文献均未对影响自来水电池电动势和内阻的因素进行研究.我们知道“测定电池的电动势和内阻”这个实验成功的关键，一是要求在实验过程中电池的电动势和内阻要保持稳定，二是要求电池的电动势应尽可能大，内阻大小适中.为了设计出能满足实验需要的自来水电池，有必要对影响自来水电池电动势和内阻的因素进行研究.现把笔者的探究结果报告如下.

一、实验器材

万用电表一只，长6cm、宽3cm的铜板、铁板和锌板各一块，带鳄鱼夹的导线，砂纸，自来水，经过净水器处理后的纯净水.

二、实验探究与结果

1. 不同电极对自来水电池电动势的影响

用砂纸清洁铜板、铁板和锌板的表面并将它们组合成不同的电极，平行插入到自来水中，插入深度和电极间距皆相同.用导线将两电极与多用电表直流电压挡相连，读出自来水电池的电动势.测量结果表明，和原电池一样，两电极材料的金属活泼性相差越大，自来水电池的电动势就越大.在这里，铜与锌的金属活泼性相差最大，电动势最大，其数值可达0.9伏以上.

2. 电极与水的接触面积对自来水电池电动势的影响

改变电极插入水中的深度也就是改变了电极与水的接触面积.表1是自来水和纯净水的几组实验数据，这些数据告诉我们，自来水电池的电动势大小跟电极与水的接触面积有关，接触面积越大，电动势就越大，但是在电动势增大到一定数值后不再继续增大.表1中的数据还告诉我们，自来水电池电动势的大小跟正极浸入水中的面积有显著关系.所以在制作自来水电池装置时，应当尽可能增大正极与水的接触面积.文献3巧妙地选用不锈钢茶盅作自来水电池的正极，镀锌铁丝作负极，极大地增大了正极与水的接触面积，从而得到了能满足实验需要的电动势.我认为，如果在实验中用J0409型灵敏电流表（量程300μA，内阻100Ω）代替J0415型直流微安表（量程200μA，内阻500Ω），测量起来会更准确方便.

表1 以不同方式插入Cu-Zn电极时自来水电池的电动势及其变化情况，电极间距3cm

3. 电极间距对自来水电池电动势的影响

自来水电池的电动势大小是否与两电极之间的距离有关？将铜锌电极全部浸入水中，改变两电极之间的距离，读出多用电表的示数，表2是实验中的几组数据.可以看出，自来水电池电动势的大小跟两电极之间的距离有关，电极间距越小其电动势越大.

表2 Cu-Zn电极自来水电池的电动势

4. 影响自来水电池内阻的因素分析

由于在自来水电池的正极上无气体析出，所以它的内阻能保持稳定，这样自来水电池的内阻就是两电极之间水的电阻了.根据欧姆定律R=ρL/S可知，增加电极间距，相当于增加导体长度，自来水电池的内阻就增大；增加电极与水的接触面积，相当于增大导体横截面积，自来水电池的内阻就减小.

三、结论

综上所述，自来水电池电动势的大小跟电极材料、电极间距、电极特别是正极与水的接触面积有关；内阻的大小跟电极间距、电极与水的接触面积有关.用自来水电池取代水果电池更经济环保，实验数据更加理想，值得推广使用.

参考文献：

[1] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M]. 北京：化学工业出版社，1984：93-112.

[2] 乐菁.自制自来水电池仪[J].物理教学探讨，2012（4）：58-59.

[3] 朱向阳，郭训盛.测定自来水电池的电动势和内阻[J].教学仪器与实验，2011（12）：30-31.endprint

探究的学习方式是新课程所倡导的，而探究学习的起点是问题，教师需提出恰当的问题针对课本中的内容，结合学生的实践提出问题，笔者认为是一个可行的方法. 本文以“自来水电池”的探究为例，叙述探究的过程.

人教版高中物理教科书选修3-1“实验：测定电池的电动势和内阻”一节，介绍了根据闭合电路欧姆定律，利用“安阻法”测定水果电池的电动势和内阻.教科书指出，水果电池内阻比较大容易测量，但是由于化学反应正极附近会析出气体（氢气），在一定程度上使正极与电解质溶液（果汁）隔离，明显地改变了内阻.笔者设想如果用水代替果汁，因为有空气里的氧气溶解于水中，原来发生在水果电池正极上的析氢腐蚀，在水电池正极上就变成吸氧腐蚀，水电池正极上就不会有气体析出[1]，水电池的内阻就可能保持稳定了.试一试吧，果真如此.是否已有文献对水电池作了介绍？研究状况如何？笔者在中国知网和万方数据库上搜索后发现，仅有两个可供参考的文献[2][3].文献2介绍了指导学生自制自来水电池仪和用它来探究水果电池性能的方法，文献3用自制的自来水电池装置，根据闭合电路欧姆定律测定了电池的电动势和内阻，但是这两个文献均未对影响自来水电池电动势和内阻的因素进行研究.我们知道“测定电池的电动势和内阻”这个实验成功的关键，一是要求在实验过程中电池的电动势和内阻要保持稳定，二是要求电池的电动势应尽可能大，内阻大小适中.为了设计出能满足实验需要的自来水电池，有必要对影响自来水电池电动势和内阻的因素进行研究.现把笔者的探究结果报告如下.

一、实验器材

万用电表一只，长6cm、宽3cm的铜板、铁板和锌板各一块，带鳄鱼夹的导线，砂纸，自来水，经过净水器处理后的纯净水.

二、实验探究与结果

1. 不同电极对自来水电池电动势的影响

用砂纸清洁铜板、铁板和锌板的表面并将它们组合成不同的电极，平行插入到自来水中，插入深度和电极间距皆相同.用导线将两电极与多用电表直流电压挡相连，读出自来水电池的电动势.测量结果表明，和原电池一样，两电极材料的金属活泼性相差越大，自来水电池的电动势就越大.在这里，铜与锌的金属活泼性相差最大，电动势最大，其数值可达0.9伏以上.

2. 电极与水的接触面积对自来水电池电动势的影响

改变电极插入水中的深度也就是改变了电极与水的接触面积.表1是自来水和纯净水的几组实验数据，这些数据告诉我们，自来水电池的电动势大小跟电极与水的接触面积有关，接触面积越大，电动势就越大，但是在电动势增大到一定数值后不再继续增大.表1中的数据还告诉我们，自来水电池电动势的大小跟正极浸入水中的面积有显著关系.所以在制作自来水电池装置时，应当尽可能增大正极与水的接触面积.文献3巧妙地选用不锈钢茶盅作自来水电池的正极，镀锌铁丝作负极，极大地增大了正极与水的接触面积，从而得到了能满足实验需要的电动势.我认为，如果在实验中用J0409型灵敏电流表（量程300μA，内阻100Ω）代替J0415型直流微安表（量程200μA，内阻500Ω），测量起来会更准确方便.

表1 以不同方式插入Cu-Zn电极时自来水电池的电动势及其变化情况，电极间距3cm

3. 电极间距对自来水电池电动势的影响

自来水电池的电动势大小是否与两电极之间的距离有关？将铜锌电极全部浸入水中，改变两电极之间的距离，读出多用电表的示数，表2是实验中的几组数据.可以看出，自来水电池电动势的大小跟两电极之间的距离有关，电极间距越小其电动势越大.

表2 Cu-Zn电极自来水电池的电动势

4. 影响自来水电池内阻的因素分析

由于在自来水电池的正极上无气体析出，所以它的内阻能保持稳定，这样自来水电池的内阻就是两电极之间水的电阻了.根据欧姆定律R=ρL/S可知，增加电极间距，相当于增加导体长度，自来水电池的内阻就增大；增加电极与水的接触面积，相当于增大导体横截面积，自来水电池的内阻就减小.

三、结论

综上所述，自来水电池电动势的大小跟电极材料、电极间距、电极特别是正极与水的接触面积有关；内阻的大小跟电极间距、电极与水的接触面积有关.用自来水电池取代水果电池更经济环保，实验数据更加理想，值得推广使用.

参考文献：

[1] 魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M]. 北京：化学工业出版社，1984：93-112.

[2] 乐菁.自制自来水电池仪[J].物理教学探讨，2012（4）：58-59.

[3] 朱向阳，郭训盛.测定自来水电池的电动势和内阻[J].教学仪器与实验，2011（12）：30-31.endprint