“人体电池”――原电池实验的设计与改进.docVIP

“人体电池”――原电池实验的设计与改进 　　摘要：经过多年的教学实践，将探究性教学理念运用于原电池教学。对原电池学生实验进行了探讨与改进，从而设计了“人体电池”；选择一些简单材料并利用人体内阻组成“人体电池”，再通过几次改变实验条件，得出了相关的结论。“人体电池”不仅能引发学生的学习兴趣，而且可以提高学生的实践能力和科学素养。 　　关键词：原电池；人体电池；实验探究及设计 　　文章编号：1005?C6629（2017）2?C0061?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 　　高中化学新课程重点突出了实验的重要性，通过实验使基础实验贴近生活、贴近社会，强调要使学生形成绿色化学理念，拓展了化学实验的功能，突出了科学探究实验的作用。同时尽可能地创造机会加强学生进行分组实验和探究实验，以此来巩固化学知识、操作方法和实验技能，提高他们的科学创造能力和素养。下面笔者就多年的教学经验和实践，对原电池学生实验[1]进行了探讨、设计与改进，浅析如下： 　　1 设计理念 　　在高中化学知识体系中，电化学是一项十分重要的内容。原电池是电化学的基础，在高考试题中占有较高的比例，主要渗透在有关氧化还原反应、化学反应能量的变化的考题中。所以，教师应根据学生的具体情况，运用有趣、高效的教学方法来吸引学生、引起学生对电化学学习的兴趣[2]，并通过适当的实验来调动学生学习电化学的积极性，培养学生分析问题、解决问题的能力。 　　2 教材分析 　　2003年人教版高中化学教材选修4第72页“科学探究”中，在研究电极材料对电池效率的影响时，只是提示可以使用两片不同的金属片、砂纸、滤纸、食盐水、导线、灵敏电流表，让学生进行自主探究，设计原电池并进行分组实验。 　　3 教参分析 　　人教版《化学反应原理教师教学用书》第84页“活动建议”中给出的方案是分别用Cu、Ag（正极）和Zn、Fe、Al（负极）组成原电池的两个电极，用导线分别将正、负极与灵敏电流计相连，将4层滤纸夹在正极片和负极片之间（务必使两极与滤纸紧贴在一起），再滴入食盐水浸湿滤纸做实验，并观察它们的差异。该学生实验虽然装置简易、操作简单、现象明显，但也有不足之处：学生需要不断地更换电极，然后作对比实验，并且每次做实验时很难控制单一实验参数。 　　4 实验改进 　　针对以上实验方案的不足，我们设计了“人体电池”，经改进后的实验证明，效果比较理想，使整套装置更便于学生的自主探究，同时具有操作简便、材料易得、节约试剂（药品）、绿色环保、新颖独特和生动有趣等特点[3]。 　　4.1 实验仪器及用品 　　铝片、锡片、铜片、锌片、铁片、石墨棒、NaCl溶液（1 mol?L-1）；砂纸、导线、滤纸、灵敏电流表、镊子、50mL烧杯 　　4.2 实验原理 　　原电池是化学能直接转化为电能的装置。其工作原理是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路，同时在电池内部发生电荷传递[4]。 　　本实验设计的“人体电池”，依靠人体当导体，左手和右手分别触碰的金属（或者是石墨棒）当做原电池的两个电极，两个手掌上的汗液中有盐分，即盐溶液，充当了电解液。当左手和右手同时和电极板触碰时，就相当于构成了闭合回路，由于两个电极电位存在差异，即有电流产生。 　　但是由于个体差异，手掌上的汗液可能较少，所以实验时需要涂抹适量的食盐水。在实验前，我们随机挑选了8位学生，分别测了他们的内阻，内阻在900～1200欧姆之间，然后采用灵敏电流表测量实验中的电流。由于每位学生的人体内阻不同，从而导致产生的电流大小也不同。 　　4.3 实验设计 　　“人体电池”装置如图1所示。 　　4.4 实验步骤 　　（1）配制1 mol?L-1的NaCl溶液50mL。 　　（2）将锌片用导线与灵敏电流表负极相连，铝片、铁片、锡片、铜片、石墨棒先用导线并联，再与灵敏电流表的正极相连。 　　（3）用砂纸打磨金属片的表面，用镊子夹取棉花蘸取食盐水涂抹电极板表面。 　　（4）首先让学生的左手触摸锌片，右手可以分别触摸铝片、铁片、锡片、铜片、石墨棒，同时记录灵敏电流表指针偏转大小及方向（见表1）。 　　（5）让小组内两位同学手牵手，让一位同学的左手触摸锌片，另一位同学的右手可以分别触摸铝片、铁片、锡片、铜片、石墨棒，同时记录灵敏电流表指针偏转大小及方向（见表2）。 　　4.5 实验结果 　　4.6 实验讨论 　　（1）通过探究活动，讨论哪两种金属组成原电池的正、负极时，产生的电流较大[5]？ 　　（2）电路中原电池释放电流的大小除了受金属活动性影响以外，还与哪些因素有关？ 　　4.7 实验说明 　　（1）实验所用的铜片、