運用手持技術探究影響原電池效率的主要因素

胡華國　黃雪　吳宣東

摘要：利用手持技術通過測定原電池電流的變化，探究鹽橋、電解質溶液濃度和電極材料對原電池效率的影響。由于手持技術分析儀結合計算機繪制變化曲線，直觀呈現(xiàn)出實驗結果，從而使學生對影響原電池效率的主要因素具有直觀和準確的認識。

關鍵詞：手持技術；原電池效率；影響因素；實驗探究

文章編號：1008-0546（2014）10-0079-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

手持技術，又稱傳感技術，是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常用數(shù)據(jù)并能與計算機連接的實驗技術系統(tǒng)[1]。手持技術通過對實驗體系中某種或某幾種物理參數(shù)進行實時測量，應用于化學本質問題的研究。同時該設備具有輕巧便攜、操作方便、動態(tài)實時檢測等優(yōu)點；既能調動學生的科研熱情、通過親自操作培養(yǎng)其探究精神，也可與多媒體聯(lián)用使教師輕松完成演示實驗[2-3]。

原電池是高中化學選修4（人教版）第四章中第一節(jié)的內容，其中“鹽橋”的引入是本節(jié)的教學難點之一。在教學中教師應該注重理論分析與實驗探究相結合，才能使學生更好的掌握該知識點。本研究應用手持技術探究影響原電池效率的主要因素，可以使學生在實驗中獲得直觀、動態(tài)的數(shù)據(jù)，并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析總結輕松掌握該知識點。由于學生得到的不僅是結果，而且有過程，從而有利于提高學生的信息素養(yǎng)。

一、實驗目的

現(xiàn)行新課程教材中介紹原電池相關知識時，主要側重于講授原電池的工作原理，強調電解質溶液導電、電子產生及其在導線中流動形成回路。學生進行動手實驗時，在用相同量程的電流計探究原電池工作原理時，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉角度不一致，帶著這個疑惑，我們用電流計進行多方面的測定，得出原電池在工作時產生的電流強度與電極材料的金屬活潑性差距和電解質溶液濃度有關。一般來說，電池材料的金屬活潑性差距越大、電解質溶液溶度越大，產生的電流強度越大，反之越小。為了快速、直觀地顯示原電池在工作時電流強度的變化情況，我們借助手持技術有助于學生對原電池工作原理進行全面深入的理解。

二、實驗儀器及試劑

三、實驗內容與操作

1. 用電流傳感器測量單液原電池的電流

2. 使用鹽橋后，用電流傳感器測量雙液原電池的電流

兩個燒杯分別裝有1.0 mol·L-1稀硫酸和3.0 mol·L-1稀硫酸，浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉作為鹽橋；用電流傳感器連接鋅片、銅片，采集數(shù)據(jù)，用軟件分析數(shù)據(jù)并以時間為橫軸，電流為縱軸作圖。

3. 原電池效率影響因素——電解質溶液濃度

（1）連接實驗裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示電流值。

（2）在井穴板中依次滴加4～5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、1.0 mol·L-1 H2SO4，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

（3）在井穴板中依次滴加4-5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、3.0 mol·L-1 H2SO4，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

4. 原電池效率影響因素——電極材料

（1）連接實驗裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)（圖2）。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示電流值。

（2）井穴板中依次滴加4～5 毫升濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

（3）井穴板中依次滴加4～5 mL濃度各為1.0 mol·L-1 MgSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鎂條、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

四、實驗結果與討論

1. 由圖3所示，電流在五分鐘內迅速從0.262 A衰減到0.095 A。分析原因可能有兩個：一是鋅片與硫酸因為直接接觸發(fā)生氧化還原反應，二是鋅片本身不純；在鋅片上形成了原電池導致化學能部分轉化為熱能，進而得出單液原電池的工作效率低。

2. 如圖4可知鹽橋的使用，使電流在較長的時間不發(fā)生衰減，維持在0.006A，得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。

3. 如圖5曲線說明，電流強度的大小與電解質溶液濃度大小有關，電解質濃度為1.0 mol·L-1 H2SO4對應的電流值為0.006A；而電解質濃度為3.0 mol·L-1 H2SO4對應的電流值為0.012A。可見，電解質溶液濃度越大，產生的電流強度越大。

4. 通過圖6曲線可知：鋅片為電池材料對應的電流為0.006A，鎂條為電極材料對應的電流為0.020A。可見，雙液原電池電流強度大小與電極材料的金屬活潑性有關，一般來說，電池材料的金屬活潑性差距越大，產生的電流強度越大。

五、實驗創(chuàng)新的意義

本實驗借助手持技術，用電流傳感器探究原電池效率的主要因素——鹽橋、電解質溶液濃度和電極材料，得到比較滿意的結果。同時選用井穴板作為原電池裝置具有裝置簡單（可代替多個燒杯），浸泡飽和KCl溶液的海綿可代替制作復雜的鹽橋，測量快速，節(jié)省試劑，便于操作，攜帶方便等優(yōu)點。此次實驗探究有幸獲得全國第三屆“威尼爾”（Vernier）杯化學數(shù)字化實驗教學應用及創(chuàng)新設計展評一等獎；同時探究過程應用到教學中，獲得2013年安徽省高中化學優(yōu)質課評比一等獎。如果我們能繼續(xù)將手持技術運用于中學課堂，教師即可借助可感的實驗儀器與清晰的曲線讓學生理解抽象的理論知識，相信能取得較好的教學效果[4-5]。

參考文獻

[1] 錢揚義.手持技術在化學學習中的應用與建模研究[M].北京：科學出版社，2009

[2] 俸皇.淺談手持技術與化學實驗[J].基礎教育研究，2007，（4）37-38

[3] 王祖浩，王磊.化學課程標準（實驗）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004：212

[4] 王磊，魏銳，范林.傳感技術——化學實驗探究手冊.北京：北京師范大學出版社，2008：61-62，64-67

[5] 錢揚義，杜永鋒，李佳，等.掌上實驗室（Lab in Hand）的特點及其功能[J].電化教育研究，2003，（10）59-62endprint

摘要：利用手持技術通過測定原電池電流的變化，探究鹽橋、電解質溶液濃度和電極材料對原電池效率的影響。由于手持技術分析儀結合計算機繪制變化曲線，直觀呈現(xiàn)出實驗結果，從而使學生對影響原電池效率的主要因素具有直觀和準確的認識。

關鍵詞：手持技術；原電池效率；影響因素；實驗探究

文章編號：1008-0546（2014）10-0079-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

手持技術，又稱傳感技術，是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常用數(shù)據(jù)并能與計算機連接的實驗技術系統(tǒng)[1]。手持技術通過對實驗體系中某種或某幾種物理參數(shù)進行實時測量，應用于化學本質問題的研究。同時該設備具有輕巧便攜、操作方便、動態(tài)實時檢測等優(yōu)點；既能調動學生的科研熱情、通過親自操作培養(yǎng)其探究精神，也可與多媒體聯(lián)用使教師輕松完成演示實驗[2-3]。

原電池是高中化學選修4（人教版）第四章中第一節(jié)的內容，其中“鹽橋”的引入是本節(jié)的教學難點之一。在教學中教師應該注重理論分析與實驗探究相結合，才能使學生更好的掌握該知識點。本研究應用手持技術探究影響原電池效率的主要因素，可以使學生在實驗中獲得直觀、動態(tài)的數(shù)據(jù)，并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析總結輕松掌握該知識點。由于學生得到的不僅是結果，而且有過程，從而有利于提高學生的信息素養(yǎng)。

一、實驗目的

現(xiàn)行新課程教材中介紹原電池相關知識時，主要側重于講授原電池的工作原理，強調電解質溶液導電、電子產生及其在導線中流動形成回路。學生進行動手實驗時，在用相同量程的電流計探究原電池工作原理時，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉角度不一致，帶著這個疑惑，我們用電流計進行多方面的測定，得出原電池在工作時產生的電流強度與電極材料的金屬活潑性差距和電解質溶液濃度有關。一般來說，電池材料的金屬活潑性差距越大、電解質溶液溶度越大，產生的電流強度越大，反之越小。為了快速、直觀地顯示原電池在工作時電流強度的變化情況，我們借助手持技術有助于學生對原電池工作原理進行全面深入的理解。

二、實驗儀器及試劑

三、實驗內容與操作

1. 用電流傳感器測量單液原電池的電流

2. 使用鹽橋后，用電流傳感器測量雙液原電池的電流

兩個燒杯分別裝有1.0 mol·L-1稀硫酸和3.0 mol·L-1稀硫酸，浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉作為鹽橋；用電流傳感器連接鋅片、銅片，采集數(shù)據(jù)，用軟件分析數(shù)據(jù)并以時間為橫軸，電流為縱軸作圖。

3. 原電池效率影響因素——電解質溶液濃度

（1）連接實驗裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示電流值。

（2）在井穴板中依次滴加4～5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、1.0 mol·L-1 H2SO4，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

（3）在井穴板中依次滴加4-5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、3.0 mol·L-1 H2SO4，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

4. 原電池效率影響因素——電極材料

（1）連接實驗裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)（圖2）。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示電流值。

（2）井穴板中依次滴加4～5 毫升濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

（3）井穴板中依次滴加4～5 mL濃度各為1.0 mol·L-1 MgSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鎂條、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

四、實驗結果與討論

1. 由圖3所示，電流在五分鐘內迅速從0.262 A衰減到0.095 A。分析原因可能有兩個：一是鋅片與硫酸因為直接接觸發(fā)生氧化還原反應，二是鋅片本身不純；在鋅片上形成了原電池導致化學能部分轉化為熱能，進而得出單液原電池的工作效率低。

2. 如圖4可知鹽橋的使用，使電流在較長的時間不發(fā)生衰減，維持在0.006A，得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。

3. 如圖5曲線說明，電流強度的大小與電解質溶液濃度大小有關，電解質濃度為1.0 mol·L-1 H2SO4對應的電流值為0.006A；而電解質濃度為3.0 mol·L-1 H2SO4對應的電流值為0.012A。可見，電解質溶液濃度越大，產生的電流強度越大。

4. 通過圖6曲線可知：鋅片為電池材料對應的電流為0.006A，鎂條為電極材料對應的電流為0.020A。可見，雙液原電池電流強度大小與電極材料的金屬活潑性有關，一般來說，電池材料的金屬活潑性差距越大，產生的電流強度越大。

五、實驗創(chuàng)新的意義

本實驗借助手持技術，用電流傳感器探究原電池效率的主要因素——鹽橋、電解質溶液濃度和電極材料，得到比較滿意的結果。同時選用井穴板作為原電池裝置具有裝置簡單（可代替多個燒杯），浸泡飽和KCl溶液的海綿可代替制作復雜的鹽橋，測量快速，節(jié)省試劑，便于操作，攜帶方便等優(yōu)點。此次實驗探究有幸獲得全國第三屆“威尼爾”（Vernier）杯化學數(shù)字化實驗教學應用及創(chuàng)新設計展評一等獎；同時探究過程應用到教學中，獲得2013年安徽省高中化學優(yōu)質課評比一等獎。如果我們能繼續(xù)將手持技術運用于中學課堂，教師即可借助可感的實驗儀器與清晰的曲線讓學生理解抽象的理論知識，相信能取得較好的教學效果[4-5]。

參考文獻

[1] 錢揚義.手持技術在化學學習中的應用與建模研究[M].北京：科學出版社，2009

[2] 俸皇.淺談手持技術與化學實驗[J].基礎教育研究，2007，（4）37-38

[3] 王祖浩，王磊.化學課程標準（實驗）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004：212

[4] 王磊，魏銳，范林.傳感技術——化學實驗探究手冊.北京：北京師范大學出版社，2008：61-62，64-67

[5] 錢揚義，杜永鋒，李佳，等.掌上實驗室（Lab in Hand）的特點及其功能[J].電化教育研究，2003，（10）59-62endprint

摘要：利用手持技術通過測定原電池電流的變化，探究鹽橋、電解質溶液濃度和電極材料對原電池效率的影響。由于手持技術分析儀結合計算機繪制變化曲線，直觀呈現(xiàn)出實驗結果，從而使學生對影響原電池效率的主要因素具有直觀和準確的認識。

關鍵詞：手持技術；原電池效率；影響因素；實驗探究

文章編號：1008-0546（2014）10-0079-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

手持技術，又稱傳感技術，是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套的軟件組成的定量采集各種常用數(shù)據(jù)并能與計算機連接的實驗技術系統(tǒng)[1]。手持技術通過對實驗體系中某種或某幾種物理參數(shù)進行實時測量，應用于化學本質問題的研究。同時該設備具有輕巧便攜、操作方便、動態(tài)實時檢測等優(yōu)點；既能調動學生的科研熱情、通過親自操作培養(yǎng)其探究精神，也可與多媒體聯(lián)用使教師輕松完成演示實驗[2-3]。

原電池是高中化學選修4（人教版）第四章中第一節(jié)的內容，其中“鹽橋”的引入是本節(jié)的教學難點之一。在教學中教師應該注重理論分析與實驗探究相結合，才能使學生更好的掌握該知識點。本研究應用手持技術探究影響原電池效率的主要因素，可以使學生在實驗中獲得直觀、動態(tài)的數(shù)據(jù)，并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析總結輕松掌握該知識點。由于學生得到的不僅是結果，而且有過程，從而有利于提高學生的信息素養(yǎng)。

一、實驗目的

現(xiàn)行新課程教材中介紹原電池相關知識時，主要側重于講授原電池的工作原理，強調電解質溶液導電、電子產生及其在導線中流動形成回路。學生進行動手實驗時，在用相同量程的電流計探究原電池工作原理時，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉角度不一致，帶著這個疑惑，我們用電流計進行多方面的測定，得出原電池在工作時產生的電流強度與電極材料的金屬活潑性差距和電解質溶液濃度有關。一般來說，電池材料的金屬活潑性差距越大、電解質溶液溶度越大，產生的電流強度越大，反之越小。為了快速、直觀地顯示原電池在工作時電流強度的變化情況，我們借助手持技術有助于學生對原電池工作原理進行全面深入的理解。

二、實驗儀器及試劑

三、實驗內容與操作

1. 用電流傳感器測量單液原電池的電流

2. 使用鹽橋后，用電流傳感器測量雙液原電池的電流

兩個燒杯分別裝有1.0 mol·L-1稀硫酸和3.0 mol·L-1稀硫酸，浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉作為鹽橋；用電流傳感器連接鋅片、銅片，采集數(shù)據(jù)，用軟件分析數(shù)據(jù)并以時間為橫軸，電流為縱軸作圖。

3. 原電池效率影響因素——電解質溶液濃度

（1）連接實驗裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示電流值。

（2）在井穴板中依次滴加4～5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、1.0 mol·L-1 H2SO4，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

（3）在井穴板中依次滴加4-5mL濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4、3.0 mol·L-1 H2SO4，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

4. 原電池效率影響因素——電極材料

（1）連接實驗裝置、數(shù)據(jù)采集器及電流傳感器，打開計算機，進入實驗軟件系統(tǒng)（圖2）。點擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示電流值。

（2）井穴板中依次滴加4～5 毫升濃度各為1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鋅片、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

（3）井穴板中依次滴加4～5 mL濃度各為1.0 mol·L-1 MgSO4溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液，在依次插入事先用砂紙擦凈并用水沖洗、擦干的鎂條、銅片（5mm×20mm），最后用浸泡飽和KCl溶液的脫脂棉連接兩種溶液。

四、實驗結果與討論

1. 由圖3所示，電流在五分鐘內迅速從0.262 A衰減到0.095 A。分析原因可能有兩個：一是鋅片與硫酸因為直接接觸發(fā)生氧化還原反應，二是鋅片本身不純；在鋅片上形成了原電池導致化學能部分轉化為熱能，進而得出單液原電池的工作效率低。

2. 如圖4可知鹽橋的使用，使電流在較長的時間不發(fā)生衰減，維持在0.006A，得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。

3. 如圖5曲線說明，電流強度的大小與電解質溶液濃度大小有關，電解質濃度為1.0 mol·L-1 H2SO4對應的電流值為0.006A；而電解質濃度為3.0 mol·L-1 H2SO4對應的電流值為0.012A。可見，電解質溶液濃度越大，產生的電流強度越大。

4. 通過圖6曲線可知：鋅片為電池材料對應的電流為0.006A，鎂條為電極材料對應的電流為0.020A。可見，雙液原電池電流強度大小與電極材料的金屬活潑性有關，一般來說，電池材料的金屬活潑性差距越大，產生的電流強度越大。

五、實驗創(chuàng)新的意義

本實驗借助手持技術，用電流傳感器探究原電池效率的主要因素——鹽橋、電解質溶液濃度和電極材料，得到比較滿意的結果。同時選用井穴板作為原電池裝置具有裝置簡單（可代替多個燒杯），浸泡飽和KCl溶液的海綿可代替制作復雜的鹽橋，測量快速，節(jié)省試劑，便于操作，攜帶方便等優(yōu)點。此次實驗探究有幸獲得全國第三屆“威尼爾”（Vernier）杯化學數(shù)字化實驗教學應用及創(chuàng)新設計展評一等獎；同時探究過程應用到教學中，獲得2013年安徽省高中化學優(yōu)質課評比一等獎。如果我們能繼續(xù)將手持技術運用于中學課堂，教師即可借助可感的實驗儀器與清晰的曲線讓學生理解抽象的理論知識，相信能取得較好的教學效果[4-5]。

參考文獻

[1] 錢揚義.手持技術在化學學習中的應用與建模研究[M].北京：科學出版社，2009

[2] 俸皇.淺談手持技術與化學實驗[J].基礎教育研究，2007，（4）37-38

[3] 王祖浩，王磊.化學課程標準（實驗）解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004：212

[4] 王磊，魏銳，范林.傳感技術——化學實驗探究手冊.北京：北京師范大學出版社，2008：61-62，64-67

[5] 錢揚義，杜永鋒，李佳，等.掌上實驗室（Lab in Hand）的特點及其功能[J].電化教育研究，2003，（10）59-62endprint