閉合電路中ε=U內(nèi)+U外教學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)

魏江

閉合電路中ε=U內(nèi)+U外是電學(xué)中的一條重要規(guī)律，可是比較抽象，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，所以教學(xué)中做好演示實(shí)驗(yàn)、幫助學(xué)生理解概念、總結(jié)規(guī)律是本節(jié)教學(xué)成功的關(guān)鍵。然而教材中給的實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有具體說(shuō)明如何制作實(shí)驗(yàn)用的電池，現(xiàn)就此闡述如下：

1.制容器：按圖1尺寸，用厚約3mm的透明有機(jī)玻璃做容器。中間用厚度相同的有機(jī)玻璃做隔板，隔板中心鉆一個(gè)1mm小孔，容器膠合時(shí)接縫處要求平整、密合、不滲水（目的是增加電池內(nèi)阻）。

2.配液：在自制玻璃容器內(nèi)放入1000mL蒸餾水，加入98%的濃硫酸12mL，配成濃度1.2%的稀硫酸溶液，同時(shí)加入適量5%的高錳酸鉀，使溶液呈淡紫色即可（高錳酸鉀是去極劑，可延長(zhǎng)電源工作時(shí)間）。將配好的溶液充分?jǐn)嚢韬箪o置幾分鐘待用。

3.制電極、探針：取厚1mm、寬40mm、長(zhǎng)100mm的鋅板一片、銅板三片，用砂紙把鋅板表面上的氧化物和附著物擦去，使鋅板表面平整。用蒸餾水沖洗鋅板，把它的一端立在盛有濃度為5%～10%硫酸溶液和幾滴水銀的盤(pán)里，水銀碰到鋅板就黏附在鋅板上。用牙刷或夾有抹布的木棍把黏附在鋅板上的水銀抹開(kāi)，如鋅板上有斑點(diǎn)（水銀抹不上），可用小刀把它刮凈，再涂水銀（此過(guò)程叫汞齊化。原因是由于沒(méi)有純凈的鋅板，將不純的鋅板放入稀硫酸溶液中后，鋅板中的雜質(zhì)——鐵、碳等在酸液中形成微電池，造成鋅板上出現(xiàn)大量氫氣泡，阻止鋅與酸的正常化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，使電壓逐漸下降。用汞齊化后，水銀把鋅板中的雜質(zhì)和酸液隔開(kāi)，鋅板上就不易出現(xiàn)氣泡）。把另外的三片銅板也打磨干凈，如圖（2）安裝。

其中塑料紗網(wǎng)的作用是：（1）盡量讓銅板與鋅板及銅板與銅板靠近，但又不能接觸，使測(cè)得的內(nèi)電壓接近于全部?jī)?nèi)阻上的電壓；（2）紗網(wǎng)的孔大，鋅離子容易進(jìn)入溶液，使化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行。

4.連接電路：將制好的電極，如圖3放入配好電解液的容器中。鋅板為電源的負(fù)極，銅板C為電源的正極，銅板A、B相當(dāng)于兩個(gè)探針，如圖（3）連接電路。本電源的電動(dòng)勢(shì)大約為1.0V，內(nèi)阻約40～50Ω（內(nèi)阻主要取決于硫酸溶液的濃度及中間隔板孔徑的大小）。所用的伏特表的量程最好改裝為1.5 V左右，并將兩個(gè)伏特表校準(zhǔn)，使之有相同的準(zhǔn)確度，滑動(dòng)變阻器的全阻值100 Ω左右調(diào)節(jié)方便。

本實(shí)驗(yàn)的電動(dòng)勢(shì)較穩(wěn)定，內(nèi)阻也較大，能很好地說(shuō)明電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)、外電壓的關(guān)系——ε=U內(nèi)+U外。

本人的一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：供參考。

數(shù)據(jù)說(shuō)明：外電路開(kāi)路時(shí)，只接V2，內(nèi)電壓不等于零，原因是由于中間兩探針處于鋅板與銅板C之間的電場(chǎng)中，兩探針間有一定的電勢(shì)差。

接V1時(shí)，U1≠ε，原因是V1的電阻再大也必有電流通過(guò)，其連接導(dǎo)線(xiàn)也有電阻分壓，V1測(cè)得的是V1內(nèi)阻分得的電壓。V1、V2均接入，U內(nèi)偏大一點(diǎn)，是由于電路中有微弱電流通過(guò)，造成U2讀數(shù)偏大。外電路短路時(shí)，U內(nèi)略小于ε，原因是兩探針間內(nèi)阻不是整個(gè)電池的內(nèi)阻造成的。外電阻存在時(shí)，U內(nèi)+U外略小于ε，也是由于U內(nèi)測(cè)的不是整個(gè)內(nèi)阻上的電壓及導(dǎo)線(xiàn)分壓所致。

（作者單位 河北省張家口市宣化第一中學(xué)）