水果电池及其改进的研究报告

水果电池及其改进的研究报告（精选10篇）

篇1：水果电池及其改进的研究报告

水果电池及其改进的研究报告

【摘要】为了研究影响水果电池的电压、功率的因素。我们进行了多次酸碱度不同、两极金属不同，水果不同、两金属片之间距离的实验，最终确定了一定的规律，具体情况如下。

【关键词】水果电池改进

一、引言

21世纪是一个能源缺乏的时代。电能作为一种能源，开发前景不可估量。并且在日常生活中，电池的使用频率非常高，而我们通过上网查询得知，一粒纽扣电池，能污染600立方米的水。我们便想到能否对电池进行改进，减少其对环境的污染呢?一系列关于电池的问题的提出，促使我们开展了这次研究性学习。虽然这些问题可能网上可以找到答案，但如果是自己研究出来的，那意义就不同了。

二、研究方法和研究过程

1、用不同的水果和相同的两种金属片：我们通过用不同的水果和相同的两种金属片测出电压值，控制变量，就可以得出哪一种水果的发电能力最强。我们先把所有的水果都切成两半，用精密pH试纸测出各个水果的pH值。然后，我们将两种金属片切割成形状、大小都相等的金属片，并在金属片的中间位置画一条线，确保每一次金属片与水果的接触面积是相同的。为了减少误差，我们在每做完一个水果的实验后，都把金属片清洗一次，考虑到有可能会不能清洗得完全干净，金属片仍有发电能力，所以我们在清洗完金属片后又将金属片首尾相接，形成回路迅速消耗其电能，从而消除其对下一次实验的影响。经过一系列的实验我们最总得出这么多种的水果中，柠檬的发电能力最强。

2、用柠檬和不同的金属片组合进行实验：我们通过用柠檬和不同的金属片组合进行实验，控制变量，从而得出哪两种金属片组合产生的电子最多，我们分别用了铜、锌、铁等金属进行组合，进行完一组实验后又按照上面的方法处理。最后得出铜作正极，锌作负极最佳。

3、用橙、铜锌金属片组合，调整两金属片的插入深度：由于实验中柠檬的数量不足和柠檬过小，金属片容易洞穿柠檬，所以我们不选择柠檬来进行后续实验，而是采用橙来进行后续实验。经过实验后我们得出结果，金属片插入深度越大，与水果的接触面积越大，水果电池的发电能力越强。

4、用橙、铜锌金属片组合，调整两金属片之间距离进行实验：在实验中我

们又发现了新的问题——两金属片之间的距离有可能会影响水果电池的发电能力。由于实验中柠檬的数量不足和柠檬过小取得的距离不够大，实验结果差异不够明显，经过一番考虑后，我们决定用橙来完成实验。我们以厘米为一单位，分别进行了1cm、2cm、3cm的实验，最后得出水果电池的发电能力并不是呈正比例关系，距离过大与过小都会减弱水果电池的发电能力，取2cm的发电能力最强。

三、测量数据

四、数据分析与讨论

1、水果种类对电压的影响

由表-1数据中可以得知在其他条件(包括pH值)相同的情况下，不同种类的水果电压不同，要提高水果电池的效能就应该选取合适的水果。

2、pH对电压的影响

由表-2数据中可以得知随着pH值得下降，水果电池的电压越高，也就是发电能力越强，要提高水果电池的效能就应该在选取水果时就应该要选取pH值尽可能小的水果。

3、两极金属片对电压的影响

从表-3数据中可以看出同一种水果时，铜锌两种金属组合时的电压最高，从网上搜索的资料说：水果电池的两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更活泼的那边的金属片能置换出水果中的.酸性物质的氢离子，由于产生了正电荷，整个系统需要保持稳定。而铜锌两种金属是所选取的金属中活泼性差异最大的，所以可以推论，水果电池的电压与活泼性差异成正比关系。

4、金属片与水果的接触面积对电压的影响

从表-4数据中可以看出同一个水果，金属片与水果的接触面积越是大那么它的电压就越高，从水果电池原理可以得出，由于是由更活泼的那边的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，由于产生了正电荷，整个系统需要保持稳定，

产生电流，所以接触面积越大，置换的速率就越快，电压就越高。

5、两金属片之间的距离对电压的影响

由表-5数据中可以得知距离过大与过小都会减弱水果电池的发电能力，当其他条件不变时，水果电池的发电能力与两金属片之间的距离呈负相关，所以两金属片之间距离应尽可能小。

五、补充实验

我们经过一番思考后认为，水果中的果肉有可能会降低水果的发电能力。所以我们进又行了后续的实验。经过讨论后，我们觉得应该再做一个补充实验。 实验：

1、先把柠檬榨成柠檬汁，然后把滤纸放在漏斗中，将柠檬汁进行过滤，滤去果汁中的残余果肉。

2、把万用表接在铜锌两块金属片上，将柠檬汁倒入预制容器中，移动两块金属片，使其距离尽可能小，但不接触。

3、把金属片尽可能全部浸入柠檬汁中，使接触面积达到最大化。 4、待万用表示数稳定时，读数为1.03V，发电能力得到较大提高。

六、实验成果及未解决问题

1、达到预期目标，已将水果电池电压提高至1.03V(>1V)。 2、组员更加了解水果电池。

3、果酸可能会腐蚀锌片，有锌盐产生会造成一定污染，并且电池的寿命会因为锌片被腐蚀而减短。

篇2：水果电池及其改进的研究报告

活动内容

小学六年级综合实践活动（课程资源开发）；研究性学习。活动目标

1.科学探究：学会制作简单的水果电池；初步尝试画简单的电路图。

2.科学知识：知道电池的组成。

3.情感态度价值观：形成合作与分享的意识；初步意识到科学研究的严谨性。

4.培养学生简单的科学研究能力和创新实践能力。活动过程

一、活动启动阶段

师：同学们，在日常生活中，你见过哪些电池？收集了哪些电池？

（干电池、钮扣电池、锂电池）

师：你知道电池是怎么发明的吗？

介绍相关知识。(关键词：1800年；意大利；伏打；伏打电池)

师：我们今天这堂课，就来创造个小电池，做一个有趣的“水果电池”。

二、实验探究阶段

1、教师当场示范制作水果电池，边出示材料，边介绍。

分别介绍电流表、导线、鳄鱼夹、金属片。

电流表：很多科学实验中都会用到它，它的上面一部分可以显示出电流强度，下面几个是接线柱，今天我们就使用两边的接线柱，一个黑，一个红。电流表它能帮助我们测出今天的水果电池有没有电，电流有多大。

金属片，银白色的这块是锌片，褐色的这块是铜片。使用时我们把两根导线的鳄鱼夹分别接在电流表的两个接柱上，再把它们的另一头夹住住两块金属片。这样我们的初步工作就完成了。

2、学生用鳄鱼夹把电流表和金属片连接好。

3、教师往水果里插入铜片和锌片，电流表指针发生偏转。

4.学生尝试。

温馨提示：①实验时要小心，注意安全；②要爱护实验器材。

观察电流表，发现什么情况，读一读电流有几格。

出现3种情况：指针偏向正极，指针偏向负极，指针不偏转。

4、学生质疑。

如果出现指针不偏转的情况，是因为短路，两块电极板碰到一起了，可以让其他成功组的学生找一找病因，然后纠正。

说一说，为什么有的指针偏向正极，有的偏向右极。

比较两种不同结果两组的接线方法。

原因：偏向正的应是负接线柱（黑柱）接锌片，正接线柱（红柱）接铜片。偏向负的为接反了。然后调整。

5、提出疑问：这真的是电吗？

用音乐小喇叭（来自新年卡上）来验证。水果电池产生的电，足以使音乐小喇叭发出声音。

学生画，师巡回指导，然后将画得好的投影仪上展示，并请学生来说一说。（师在学生的画上用不同颜色标出来各部分，并指出：这是电路实物图，随着我们学习的深入，我们以后可以用符号来画，那时，就是电路图了。）

2、讲解水果电池的组成

师：我们刚才动手做了实验，又画了图，那么你觉得我们的水果电池可能分成几部分呢？（金属片，水果，电流表和导线）

师：是的，我们分别把它们称作电极板、电解质溶液、外电路。

3、师：你觉得这三个概念，理解最困难的是哪一个？（电解质溶液）

出示资料卡：什么是电解质；什么是电解质溶液。

4、师：现在你们对电解质溶液一定有所了解了！那么大家估计一下，大概还有哪些东西我们也可以来制作这样的电池？（梨、桔子、萝卜、土豆等）其实不只是水果蔬菜可以制作电池，你们，老师，一个个活生生的人也可以是一个电池。人也可做成电池？你有办法吗？我们怎么把电极板和人连起来？

方法：

1、双手捏住电极板。

2、将电极放到舌头上。

（这时，要注意卫生，当心短路。舌头感觉。）

四、实验拓展阶段

1、师：我们已经做了一组苹果做成的水果电池，细心的同学们不知有没有发现，它们产生的电流都一样大吗？（不一样）

师：你认为可能和什么因素有关，（学生会说很多）我们一边实验，一边可以填写这种实验记录单。大家经过实验，经过讨论，可以把实验的现象，研究的结论记录下来。

2、学生做各种电池实验，并填单。

汇报，各小组推荐一名同学来说一说研究成果。

3、师：大家都玩过玩具电动汽车吧！有的电池只要一节，有的会要两节、四节甚至更多，电池的多少会影响它们吗？那么我们的水果电池如果一个一个联起来，估计它的能量会怎么样？（课外研究课题）

五、活动总结阶段

师：同学们，科学是十分严谨的，就以一个小小的水果电池来说，我们做得可能不一定完美，因为很多不确定因素会影响实验结果。所以做实验时我们要细致、严谨。

师：我们今天做了水果电池，也研究了它们的一些小秘密，你认为有什么收获吗？

篇3：水果电池及其改进的研究报告

1 PEMFC催化剂种类

1.1 铂催化剂

20世纪60年代美国通用电气公司研制的PEMFC电催化剂为铂黑,用量约为10mg/cm2,而且催化剂利用率很低。直到20世纪80年代中期PEMFC膜电极上Pt负载量仍高达4mg/cm2。20世纪90年代以来,加拿大Ballard公司采用Nafion膜,以Pt/C作为电催化剂,通过改进膜电极结构和制备工艺,使电催化剂中Pt负载量降至0.7~1.0mg/cm2 ,取得了突破性进展。近来已出现了膜电极电催化剂中Pt负载量为0.05~0.2mg/cm2的报道。

目前PEMFC使用的催化剂大多数是以活性炭、碳黑以及石墨等材料为载体的Pt催化剂,减少了Pt的用量,提高了Pt的利用率,而且将Pt分散于不同的载体中制成复合电极材料,是提高Pt催化剂利用率的有效途径。Kim等[2]利用不同的碳载体Vulcan XC-72、Ketjen black EC 300J和 Ketjen black EC 600JD制备了Pt负载量为60%的各种Pt/C催化剂。结果表明,当碳载体表面积增加时,Pt的平均粒径减小,而利用Ketjen black EC 600JD 作为载体制备Pt负载量为60%的催化剂时,Pt的粒径为1.6nm,具有很好的分散性和催化活性。Chaparro等[3]通过使用不同的离子含量和催化剂负载制备了PEMFC用Pt/C催化剂,当Nafion膜离子聚合物含量为15%、催化剂中Pt负载量为1.7mg/cm2时催化活性最好。

Rajalakshmi等[4]通过乙烯基乙二醇和铂盐制得了负载量为32.5%的碳纳米管载铂(Pt/CNT)催化剂,分析发现Pt以零价态和四价态沉积在碳纳米管表面,而且在Pt沉积前用低浓度的硝酸处理碳纳米管,可以增加催化剂的催化活性。Smirnova等[5]采用气凝胶为载体,成功制备了Pt/CA催化剂。该催化剂中Pt的负载量为0.06~0.6mg/cm2,Pt的粒径在16~20nm之间。 在常压和空气中操作,PEMFC表现出0.8mW/cm2的功率密度,这可能是由于Nafion膜颗粒较好地渗透到了碳气凝胶载体膜孔中,并在Pt负载量较低时就有较好的膜表面包覆。

1.2 铂合金催化剂

PEMFC适合用作动力电源,可以采用高纯氢作燃料,但如果使用碳氢化合物重整得到的氢气就更加具有实际意义,然而这样的氢气中常含有CO杂质。PEMFC的运行温度低,少量的CO就会使Pt催化剂的活性大大降低。为提高催化剂对CO的抗毒能力,铂合金催化剂就成为这类催化剂的研究方向。

Xia[6]研究出一种以9nm Pd为核心、7nm Pt组成的具有较高比表面积和树状纳米结构的双金属催化剂,这种结构为PEMFC提供了高氧化还原活性阴极。催化剂测试结果表明,在室温下该催化剂的催化效率比普通的纯Pt催化剂高出2.5倍,另外,在工作温度为60℃时也具有很好的稳定性。Wells等[7]制备了Pt3Cr/C催化剂,指出Pt3Cr合金为氧还原反应提供了很好的条件,该Pt3Cr合金相的形成与Pt-Pt键长的减小紧密相连,正是由于这种减小,才使催化剂呈现出良好的催化活性。Koh等[8]制备了Pt-Cu/C催化剂,发现该催化剂能显著提高氧还原反应的活性,使Pt的颗粒减小,比表面积增大,因此比传统Pt/C的催化性能提高很多。

Salgado等[9]制备了Pt70Co30/C催化剂,并在900℃对Pt70Co30/C进行热处理,发现这种催化剂的催化性能劣于Pt/C,其动力学参数E0、j900mV和E10mA/cm2仅略低于纯Pt。这是因为在900℃时Pt和Co并没有形成合金,没有引起Pt结构上的改变,加入Co反而使Pt的颗粒增大,比表面积减少,催化性能下降。Moreno等[10]通过燃烧合成的方法制备了粒子尺寸在8~12nm,组成为Pt0.60Ru0.30Ni0.10的催化剂。XPS表明,燃烧合成提供了一种简单而快速制备具有纳米尺寸和洋葱壳层状结构复杂合金的方法。另外,通过MEA和S-样本(Pt-Ru-Ni sucrose)组合的电化学特性显示其能量密度为259mW/cm2,充分说明该催化剂的表面成分具有很高的催化活性。

1.3 铂-氧化物催化剂

在研究铂合金催化剂的同时,铂-氧化物催化剂也是一个研究热点。Zhou等[11]研制了Pt/γAl2O3催化剂,该催化剂具有良好的抗CO性能和稳定性。另外,通过甲醇重整,扩大规模,该催化剂已成功地应用于5kW氢能电源,且在PEMFC中被成功地集成并进行了测试。结果显示,从CO清理子系统中排出的CO浓度在50×10-6以下。Chhina等[12]研制了Pt/氧化钨催化剂,结果表明该催化剂具有较好的稳定性和氧还原反应活性,也具有良好的抗CO性能。

1.4 非铂系催化剂

曾蓉等[13]报道Frumkin A N Institute of Electrochemistry RAS研究小组对PEMFC用非Pt催化剂进行了比较系统的研究,主要研究的非Pt类催化剂如表1所示。

Izhar等[14]利用Co(NO3)2·nH2O、(NH4)6H2W12O40·nH2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O、(NH4)6H2W12O40·nH2O在温度为600~800℃、20% CH4/H2流中分别制备了CoMoC/Ketjen black和NiMoC/Ketjen black催化剂,电化学特性显示其能量密度分别为15.7mW/cm2 和12.0mW/cm2,均具有良好的抗CO性能和催化活性。Charreteur等[15]采用无定型碳含量很高的炭黑作载体制备了催化活性较好的Fe/N/C催化剂。

Li等[16]以IrCl3·6H2O和NH4VO3为铱和钒前体,Vulcan XC-72为载体制备了高度分散的非铂Ir-V/C纳米催化剂,通过对Ir/C、Ir-V/C 和 Pt/C催化剂进行CV分析,结果表明40%Ir-10%V/C纳米电催化剂拥有不同尺寸阳极催化剂的性质,保证了更好的电池性能,在相同的条件下,它的价值要比传统Pt/C作为阳极时高出20%。

Serov等[17]制备了作为PEMFC阳极高度分散的非铂Pd-TiO2纳米催化剂,CV曲线表明,经过Pd改性的TiO2纳米管活性催化剂具有直径小、比表面积大的特点,更适合作为电催化剂。在分析Pd的负载效果时,他们指出负载3%(质量分数) Pd时,催化剂在酸介质中具有很高的氧化反应活性,这可能是随着Pd负载量的增加,越来越多的Pd聚集在TiO2表面所造成的。

2 PEMFC催化剂稳定性的改进

PEMFC通常采用纳米级粒径的高分散Pt/C作为催化剂以增加Pt的活性表面积,在PEMFC工作过程中,Pt催化剂的有效活性表面积会逐渐降低,导致电池性能衰减。造成Pt催化剂活性表面积降低的原因很多,国内外在这方面已进行了大量工作, 初步明确其原因包括碳载体的腐蚀、Pt催化剂的氧化溶解、聚结和杂质毒化等[18,19]。随着PEMFC越来越接近实用化,如何提高催化剂的稳定性已经成为迫切需要解决的关键问题。

2.1 改变合金组成

Pt催化剂的氧化、溶解、聚集、毒化以及碳载体的腐蚀等过程与Pt颗粒的表面电子状态等因素密切相关,因此改变催化剂的表面电子状态是改进Pt催化剂稳定性的有效方法,将Pt与其它1种或多种金属形成合金是改变Pt表面电子状态的有效手段,有利于改进催化剂的稳定性。另外,改变合金组成除了可以抑制Pt颗粒的聚集外,还会明显改变Pt催化剂的耐氧化能力和抗溶解性能。

Tarasevich等[20]发现,PtCo/C催化剂比传统Pt/C催化剂在0.5mol/L H2SO4中进行腐蚀试验测试时表现出了更好的抗溶解能力。Yu等[21]也发现PtCo/C催化剂比Pt/C催化剂具有更好的稳定性和催化活性,用于PEMFC时能维持高达2400次的循环。

Seo等[22]指出,Pt6CoCr/C三元合金催化剂具有很高的稳定性,即使在500h的寿命测试后仍具有比Pt/C催化剂更高的催化活性。XPS研究表明,这主要是因为合金的存在提高了Pt的抗氧化能力。Nie等[23]采用新工艺,通过间歇微波加热直接还原铂盐前体的方法制备了Pt-WC/C催化剂,该催化剂比纯Pt/C或是用机械混合的方法制备的Pt-WC/C在酸性介质中具有更好的催化活性。这主要是由于该制备方法提高了Pt颗粒在载体上的分散性,使Pt的粒径变小、比表面积增大的缘故。Liang等[24]发现Pt-Ru-Ni/C的稳定性要明显高于Pt-Ru/C,并指出是由于Ni对催化剂的稳定作用,即Ni的存在一方面与Pt形成非常稳定的晶格,另一方面催化剂表面的Ni会生成部分氧化物和氢氧化物,有助于钝化催化剂表面,提高Pt催化剂的抗溶解能力。

2.2 催化剂表面修饰

除了改变合金组成外,对催化剂颗粒的表面进行修饰也是提高Pt催化剂稳定性的有效手段,Zhang等[25]通过Au簇对Pt催化剂表面进行修饰,发现经过Au簇修饰的Pt催化剂具有很强的抗溶解能力和良好的稳定性。极化曲线表明,经过30000次循环后Au簇修饰的Pt催化剂的氧化还原特性与初始状态相比并没有明显降低,但是未经修饰的Pt催化剂的氧化还原电位则明显升高;CV曲线表明,经过30000次循环后Au簇修饰的Pt催化剂的活性表面积与初始状态相比并没有明显的降低,而未经Au簇修饰的Pt催化剂的活性表面积却出现非常明显的下降。这主要是因为Au簇修饰的Pt催化剂的起始氧化电位要比未修饰的Pt催化剂高许多,铂氧化物的形成和还原会明显增加Pt的溶解速率,而催化剂起始氧化电位的提高无疑会减少铂氧化物的生成,有力地稳定了Pt催化剂。

2.3 选择高稳定性催化剂载体

鉴于载体腐蚀对催化剂稳定性的重要影响,提高载体材料的抗腐蚀能力成为一种有效增强Pt催化剂稳定性的方法。目前有多种材料被考虑用作催化剂的载体,包括各种碳材料、氧化物、导电聚合物、硅材料、纳米结构薄膜材料(NSTF)等。

近年来,碳纳米管(CNT)和碳纳米纤维(CNF)等新型碳材料发展迅速,CNT和CNF用作PEMFC的催化剂载体材料也受到广泛关注[26]。CNT具有比炭黑更高的抗电化学氧化能力[27],这主要是因为CNT是一种卷绕石墨层结构,表面比较完整,各种缺陷较少,能在强氧化条件下维持稳定。而且CNT的石墨化特性会形成大的离域p键,这可能会增加CNT与Pt催化剂颗粒间的相互作用,有利于提高Pt催化剂的稳定性,但这一推断还需要进一步的验证[28]。虽然CNT的表面完整性提高了它的稳定程度,但也同时造成了CNT表面载Pt的困难,因此如何提高Pt颗粒在CNT表面的负载量和分散程度是CNT载体需要解决的问题,而且CNT是否能够真正满足PEMFC的寿命要求也还需进一步的研究。

2.4 制备新型催化剂材料

Chen等[29]通过置换反应合成Pt和Pt-Pd纳米管,并将其作为无载体的催化剂。这种催化剂没有载体材料,不会出现载体腐蚀问题;一维Pt纳米管与零维Pt纳米颗粒相比不容易出现催化剂的聚集,而且能有效降低Pt的溶解,因此具有很高的稳定性。对Pt纳米管、铂黑和Pt/C的稳定性测试结果表明,Pt纳米管催化剂在1000次循环后仍可维持80%以上的表面积,而Pt/C催化剂的表面积则已降低到10%左右,充分说明Pt纳米管催化剂材料具有良好的稳定性。而且这种Pt纳米管催化剂还有利于改善传质能力和催化剂的利用率,具有比Pt/C催化剂更强的催化活性。另外,Chen等[30]通过对Pt和Pt-Pd纳米管催化剂进行多尺度直径的组装发现,它在消除传统催化剂的氧化溶解方面具有很大的潜力,在PEMFC中具有很好的耐久性和氧化还原活性。

近年来,还出现了一些其它新型的催化剂材料,如Pt/Ti4O7[31]、Pt/WC[32]、Pt/In-Sn氧化物[33]、Pt/S-ZrO2[34]等。通过测试,这些新型催化剂材料比传统的Pt/C催化剂表现出更高的稳定性和耐久性。然而对于这些催化剂材料,无论是合成技术还是其性质(如表面积、导电性、与Pt的相互作用以及分散能力)都仍需进一步研究。

3 结语

近年来,PEMFC催化剂在制备方法和机理方面的研究取得了一定进展, 但目前的一些成果还只限于实验室研究, 离实际应用尚有较大距离。PEMFC电催化剂必须满足多种要求:首先,其对于阳极氢的氧化和阴极氧的还原要有高的活性。高性能的阴极催化剂能通过降低阴极的高过电位来加快氧的还原动力学,阳极电催化剂能催化氢的氧化进程。其次,电催化剂能够抵制由于CO、CO2和重整气中的一些污物而引起的催化剂中毒。目前,铂催化剂以及铂合金催化剂仍是PEMFC电催化剂研究的热点。为了降低成本,必须采用适当的制备方法和工艺条件来减小Pt颗粒尺寸,增大Pt的分散性,从而减少贵金属Pt的用量,提高催化剂利用率及能量转换效率,降低成本。

随着PEMFC越来越接近实用化,催化剂的稳定性已经成为迫切需要解决的关键问题。国内外在催化剂稳定性方面已进行了大量工作,在催化剂的性能衰减机制及其抑制方法等方面都取得了较大进展,初步明确了碳载体的腐蚀、铂的氧化溶解和聚集、杂质毒化等是造成催化剂性能衰减的主要机制,并在催化剂合金组成优化、表面修饰、高稳定性催化剂载体和新型碳材料研究等方面提出了一些改善催化剂稳定性的方法。但是PEMFC催化剂的稳定性问题还远未解决,仍有大量工作需要做,将来可主要集中于以下几方面的研究: ①深入探究催化剂制备及结构对催化剂稳定性的影响,利用或开拓先进的制备技术在纳米级层次上控制金属颗粒的尺寸及结构,并进一步改进催化剂的制法,从根本上提高催化剂的稳定性。当然,高稳定性高催化活性的非铂催化剂也值得考虑。②有关碳载体的研究,一是可以选用性能更加稳定的碳材料或对其进行热处理以提高它的抗腐蚀性能;二是设计功能有序化的催化剂载体材料,可以用某些模板合成具有特定物理性质的碳纳米管材料及其它碳载体材料。③进一步明确PEMFC催化剂的氧化、溶解和聚集机制,特别是在各种暂态条件下的机制,并在此基础上研究抑制催化剂氧化、溶解和聚集的有效手段。④研究新的耐腐蚀催化剂载体材料,明确载体与催化剂颗粒的相互作用对催化剂活性和稳定性的影响。⑤研究各种杂质特别是多杂质共存条件对催化剂的毒化机理及新的抑制手段等。

摘要：系统总结了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用催化剂的种类,以及其在长时间运行过程中性能衰减的主要原因,归纳了近年来提高催化剂稳定性的改进方法,包括改变合金组成、对催化剂表面进行修饰、选择高稳定性催化剂载体、制备新型催化剂材料;最后提出了该催化剂材料研究中存在的问题和今后的发展方向。

篇4：关于“水果电池”的实验探究

1问题的提出

在人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学2》“化学能与电能”一节的教学内容中安排了实践活动“利用水果如苹果、柠檬或番茄等制作原电池”。那么，如何才能做成一个效果较好的水果电池呢？影响水果电池的电流的因素究竟有哪些呢？依据新课程的理念，我们把教材中的实践活动设计成了实验探究活动。用生活中的物质进行探究，既能引起学生浓厚的兴趣，培养学生的探究意识，也加强了化学与生活的联系。

2探究目的

(1)巩固原电池的原理及形成形成；

(2)认识影响水果电池产生电流大小的因素；

(3)形成多角度思考问题的习惯；

(4)加强化学与生活的联系。

3理论分析并提出假设

水果中含有大量糖类、蛋白质、生物酸等物质，其中的生物酸起到电解质的作用。往水果中插入不同金属电极并用导线连接起来，会有电子的转移，产生电流，形成水果电池。根据原电池的原理及形成条件，假设水果电池所产生的电流大小与水果本身即水果中所含的电解质溶液有关，与电极材料及电极之间的距离有关。

4实验用品

微安计、导线、铜片、锌片、铝片、铁钉、石墨棒、苹果、西红柿、柠檬、杏、桃等。

5实验探究

5.1不同水果对电池电流的影响

均选用铜片、锌片作电极，电极间距离设定为2cm，选取常见的水果如西红柿、柠檬、苹果、杏、桃，在同一水果或不同水果间用导线连接电极和微安计，测量不同水果在相同条件下所产生的电流。所测数据如表1。

从以上数据可知，不同的水果的剖面紧贴在一起组成的电池的电流大小不同，相比较而言西红柿和杏的水果电池电流较大。而不同水果组成的电池电流有的偏大，例如：柠檬和西红柿等；有的介于两种水果之间，例如：柠檬和苹果等；有的甚至偏小，例如：苹果和桃。

5.2不同电极对水果电池产生电流的影响

我们采用相同的水果西红柿，用铜片、锌片、铝片、铁钉及碳棒等组合成不同的电极，电极间的距离皆为2cm，插入到同一种水果中，用导线将它们与微安计连接起来，测量水果电池所产生的电流。所测数据如表2所示。

从以上数据可知，对于同一水果，在相同的电极距离下，采用Cu-Zn作电极所做成的水果电池的电流最大，用活泼金属Zn、Fe与碳棒组成电极所做成的水果电池的电流也较大。

5.3电极间距离对水果电池电流的影响

选用西红柿，用Cu-Zn作电极，将其按照不同的电极距离插入到西红柿中，用导线将它们与微安计连接起来，测量水果电池的电流。所测数据如表3。

从以上数据可知，对于同一种水果，相同的电极材料，电极间距离越大，电流越小。需注意的是，电极间的距离不宜太近，否则易导致短路。

6结论

通过以上的实验探究，水果本身、电极材料及电极间的距离对水果电池产生的电流的影响：

(1)不同的水果连接成的水果电池电流不一样，这与水果中所含的电解质溶液有关；

(2)用Cu-Zn或活泼金属与碳棒作为水果电池的电极，效果较好；

(3)电极间的距离越小，水果电池的电流越大，但电极距离太近易导致短路。

参考文献：

[1]宋心琦.普通高中化学课程标准实验教科书·化学2(必修)[M].北京：人民教育出版社，2004.37.

篇5：水果电池的实验探究

水果电池的实验探究

水果能发电,是因为水果中含有丰富的电解质--果酸.但不同的水果发电情况是如何的呢?同一种水果串联起来、并联起来,发电情况又是如何的`呢?不同的水果能否串联发电或并联发电呢?水果为什么能够发电呢?水果发电原理有何实际应用呢?禽蛋也能发电吗?我们带着这些问题开始实验探究.

作 者：杨冰倩 何也 应芳 作者单位：丽水市莲都区梅山中学刊 名：科学24小时英文刊名：SCIENCE IN 24 HOURS年，卷(期)：“”(1)分类号：关键词：

篇6：水果电池教学设计

1.科学探究：学会制作简单的水果电池；初步尝试画简单的电路图。

2.科学知识：知道电池的组成。

3.情感态度价值观：形成合作与分享的意识；初步意识到科学研究的严谨性。

4.培养学生简单的科学研究能力和创新实践能力。

二、实验准备

水果（西红柿、橘子）、导线、铜片、锌片、生日音乐卡等

三、实验内容

教师演示实验：西红柿音乐卡片

学生实验：

方案1：电极插入单瓣橘子，观察电流表指针变化；

方案2：电极插入两瓣分开的橘子，观察电流表指针变化（若无变化，如何改进）；

方案3：电极插入两瓣未分开的橘子，观察电流表指针变化。（注意：两个电极插入不同的橘瓣中）

篇7：水果电池及其改进的研究报告

调查时间：2011年11月14日-2011年11月19日 调查成员：顾洁莲、金潇飞、汪悦瑶、杨晨 调查方式：问卷调查

调查地点：图书馆、寝室、食堂、路上 调查对象：金华职业技术学院学生

调查目的：了解我校学生的在校大学生的水果消费情况，以及学生对水果的需求

一、调查状况简介：此次调查共发放调查问卷300份，收回294份，其中大一学生90人，占30.61%，大二学生84人，占28.57%，大三学生120人，占10.82%，其中男生114人，女生180人。

通过这次调查，得到了一组比较真实的数据，初步了解了我校大学生水果消费情况。这份调查一方面，对于我校及周边水果销售是一份有价值的数据，有利于把握我校及周边水果的销售市场，并通过更好的营销模式和促销手段来促进水果的销售，这也是我们此次调查的初始目的;另一方面，我们更进一步的了解了学生的水果消费情况，并且从中学习到很多调查统计经验，这对于我们以后的学习工作都具有意义。

二、调查问卷：

大学生水果消费情况及其因素的问卷调查

为了了解我们大学生的水果消费情况及其因素，我们做了这次的问卷调查，希望您能从宝贵的时间里抽出三分钟，仔细阅读问题，选择您认为合适的答案或在_____处填写您所掌握的信息。未经您的同意，我们不会公开您的个人信息及回答。谢谢您的参与！

1、您的性别

A、女

B、男

2、您的年级？

A、09级

B、10级

C、11级

3、您喜欢吃水果吗？

A、喜欢

B、一般

C、不喜欢

4、您喜欢吃哪几种水果？【可以多选】

A、苹果

B、香蕉

C、橘子

D、葡萄

E、梨

G、其它（__________）

5、您每周大概花费多少钱购买水果？

A、10元以下

B、11—20元

C、21—30元

D、31以上

6、您平时都选择在哪里买水果？

A、超市

B、农贸市场

C、校外固定水果摊

D、校内固定水果摊

E、流动摊位

7、您会注重水果的外表吗？

A、不会

B、偶尔会

C、会

8、您是否了解水果的一些禁忌？(比如空腹不可以吃香蕉)

A、了解一点点

B、很了解

C、完全不了解

9、如果您购买水果，您选择的水果会是

A、打折的价格便宜的水果

B、新鲜的时令水果

C淡季节水果

D、没有特别的偏好

10、您是否有水果代替正餐的经历呢？

A、否

B、偶尔

C、经常

D、阶段性，且每次持续时间较长

11、您为什么会以水果来代替正餐呢？（上题填否的同学这题跳过）

A、没胃口

B、减肥

C、喜欢吃水果

D、生病的需要

12、下面哪种情景是您购买水果的情况？

A、买单种水果，量少

B、买单种水果，量多 C、买多种水果，量少

D、买多种水果，量多

13、以下哪些因素可能影响您消费水果的行为【排序题】

A、价格

B、水果质量

C、营养价值

D、习惯/个人口味

E、购买时的心情

F、水果的热量及功能

14、您在哪些方面对水果销售商服务最不满意？【可多选】

A、短斤缺两

B、购买不方便

C、品种太少

D、水果不够新鲜

E、价格太高

15、在您看来吃水果有什么好处？

_______________________________________________________________________

三、调查分析

问题一

1、您的性别（如图1所示）

A、女

B、男

男女比例年级比例114,39%180,61%30.61%40.82%大一大二大三男女 图1

28.57%图2

作为本次的调查对象，我们是随机调查的，男生114人，女生180人，从得到的数据来分析我校学生的水果消费情况。问题二

2、您的年级？（如图2所示）

A、09级

B、10级

C、11级 问题三、四、五、六

3、您喜欢吃水果吗？

A、喜欢

B、一般

C、不喜欢

4、您喜欢吃哪几种水果？【可以多选】

A、苹果

B、香蕉

C、橘子

D、葡萄

E、梨

G、其它（__________）

5、您每周大概花费多少钱购买水果？

A、10元以下

B、11—20元

C、21—30元

D、31以上

据调查，大部分人都很喜欢吃水果，只有少部分的人认为作为一名学生，还需要家长来养活自己，而平常的时间总是忙于学习或者各类事情，接触水果的次数并不是很多，导致了他们的对水果的喜爱程度一般，水果对于他们来说可有可无，并不是他们的必需品，这与他们的生活习惯是息息相关的。调查者中，有较大部分的同学来自农村，他们的生活费并不能支持他们每周吃上水果，而一些能支持每周都有水果吃的同学，又因为水果具有的季节性而在水果店找不到自己想吃的水果，因此导致大多数的同学不能每周保证对水果的消费。（如图3所示）同学们生活费的多少直接影响同学们生活质量的好坏，生活费多的同学当然愿意花更多的钱改善自己的生活水平。而生活费比较少的同学当然把钱基本上花在解决自己的温饱问题上了。因而生活费多的同学愿意花稍微多一点的钱买水果，而生活费少的同学花很少的钱去买水果。所以大部分同学一周购买水果的花费并不多。

每周购买水果的花费情况200***元以上11-20元21-30元31元以上人数图3 问题六

6、您平时都选择在哪里买水果？

A、超市

B、农贸市场

C、校外固定水果摊

D、校内固定水果摊

E、流动摊位

36, 12%25, 9%购买水果地点情况45, 15%超市农贸市场校外固定水果摊校内固定水果摊流动摊位100, 34%88, 30%

图4

从图上看出此调查中，有25人愿意在超市购买，占调查人数的9%；有45人愿意去农贸市场购买，占调查人数的15%；有88人愿意去校外固定水果摊，占调查人数的30%；有100人愿意在校内固定水果摊购买，占调查人数的34%；有36人愿意在流动摊位上购买，占调查人数的12%。

愿意在超市购买的同学主要是他们去超市买其他的东西，有会员卡，顺带买水果可以便宜一点；愿意去农贸市场购买的同学，觉得那里的水果比较便宜，但是由于农贸市场有点远，她们也就双休日空闲的时候去买水果，一两个星期去一次；愿意去校外固定水果摊购买的同学，愿意去校外购买水果的同学是因为校外的水果价格相对于校内的水果价格便宜，更加实惠，而且还可以顺便购买其他物品，不用每次都出去；愿意在校内购买水果的同学主要是是因为校内水果店离宿舍比较近，不用走太远，且觉得校内水果店得价格还能接受，比较便利；愿意在流动水果摊购买的同学觉得价格方面会实惠很多，而且量也很足。问题七、八

7、您会注重水果的外表吗？

A、不会

B、偶尔会

C、会

8、您是否了解水果的一些禁忌？(比如空腹不可以吃香蕉)

A、了解一点点

B、很了解

C、完全不了解

对于这两个问题，绝大部分的同学都会注重水果的外表，她们认为水果好看了才会好吃。大多数同学对水果的禁忌只是了解一点点，而少部分同学是完全不了解。这样的结果可能有以下的几个原因：1.水果商家没有做好宣传，在同学们消费时，没有给同学们讲解水果的禁忌，这使得同学们缺少了了解水果禁忌的直接途径，这也成为影响同学们消费水果的重要原因之一。2.同学们缺少必要的课外知识，没有下去查询有关水果的资料，对水果的了解不够全面，这致使同学们购买水果具有盲目性，并不从自身的身体情况来购买水果，他们只注重水果的使用效用，而不注重水果的药用价值。3.大多数同学对水果的禁忌只是听前辈们的经验，而自己并没太注重去实践，这使同学们对一些不常见的水果的好处存在着一些误区。问题九

9、如果您购买水果，您选择的水果会是

A、打折的价格便宜的水果

B、新鲜的时令水果

C淡季节水果

D、没有特别的偏好

购买水果的选择情况6140人数新鲜的时令水果没有特别的偏好淡季节水果***00120打折的价格便宜的水果图5 从条形图中可以看出，选择打折的价格便宜的水果有89人，占调查人数的30.27%，她们认为打折的水果比较实惠，价廉物美；选择新鲜的时令水果的有104人，占调查人数的35.37%，她们认为新鲜的水果比较爽口，对身体好；选择淡季节的有40人，占调查人数的13.61%，她们认为有时候很想吃反季节的水果，这时候她们就会选择淡季的水果，即解馋有便宜；有选择没有特别偏好的有61人，占调查人数的20.75%，大部分是男生，他们觉得都无所谓。问题十、十一

10、您是否有水果代替正餐的经历呢？

A、否

B、偶尔

C、经常

D、阶段性，且每次持续时间较长

11、您为什么会以水果来代替正餐呢？（上题填否的同学这题跳过）

A、没胃口

B、减肥

C、喜欢吃水果

D、生病的需要

据调查，大部分女生都有水果代替正餐的经历，当她们没胃口、想减肥或是很想吃水果的时候，她们就会选择用水果来代替正餐；而大部分男生都没有用水果代替正餐的经历，他们觉得水果吃不饱，没有米饭来的实在。问题十二

12、下面哪种情景是您购买水果的情况？

A、买单种水果，量少

B、买单种水果，量多 C、买多种水果，量少

D、买多种水果，量多

这个选项，几乎所有的同学都选择买多种水果，量少的选项，她们都认为这样比较实惠，不仅水果多样性，而且价格也比其他选项的实惠 问题十三

13、以下哪些因素可能影响您消费水果的行为【排序题】

A、价格

B、水果质量

C、营养价值

D、习惯/个人口味

E、购买时的心情

F、水果的热量及功能

据调查，大部分人都认为习惯/个人口味是影响消费水果的第一重要因素，她们认为一定要自己喜欢吃的才会去消费；其次是价格，再者是水果质量，然后是购买心情，因为很多同学对水果的益处并不是很了解，所以对于营养价值和水果的热量和功能这两个选项一般都排在最后。综上，习惯/个人口味、价格、水果质量等因素是影响同学们消费水果的重要因素。问题十四

14、您在哪些方面对水果销售商服务最不满意？【可多选】

A、短斤缺两

B、购买不方便

C、品种太少

D、水果不够新鲜

E、价格太高

对于这个问题，大部分的同学都选了A、D、E三个选项，她们认为不管是在校内还是校外购买水果，都会存在缺斤短两的现象，价格方面都偏高，有时候还会购买到不新鲜的水果，她们极度的希望此类现象能尽量减少 问题十五

15、在您看来吃水果有什么好处？

同学们对水果好处的了解情况是影响同学们水果消费的另一个不可忽视的原因，大部分同学认为水果的好处有补充维生素、减肥、营养含量高，而部分同学认为水鬼的好处纯粹的是好吃。针对这样的情况，同学们应该必要的去了解水果的好处，而水果商家也应该引起重视，他们应该在水果店里粘贴一些宣传水果药用价值的资料，提高同学们对水果好处的认识，在同学挑选水果的时候，积极的给同学们讲解一些水果常识，进而提高同学们水果消费的积极性。

四、寄语

吃水果能带来各种的好处：

1、水果能美容养颜

水果所含的维生素C和果胶可以使人美白、消除人体黑斑和雀斑，还有滋润肌肤、除皱养颜的功效。

2、水果能保健养生

水果所含不同的各种营养素对很多疾病都有着不同的功效，如水果中的膳食纤维和果胶经吸收之后可防止便秘、大肠癌、血管硬化及糖尿病等病症的发生。

3、水果能瘦身减肥

水果基本上属低蛋白、低脂肪、高水分食物，符合减肥

4、水果能有效排毒

篇8：水果电池及其改进的研究报告

汽车的主要能源来源石油,已经开始面临危机,而汽车对环境污染造成的影响也已经越来越受到重视。面对能源与环境的压力,电动汽车的开发成为了全球很多车厂商的目标。

我国计划在“十二五”期间,将新能源汽车推入产业化阶段 ;“十三五”期间,使新能源汽车等得到普及。但动力电池价格太高,而且电池管理系统存在的问题还没解决,此外还必须面对充电的问题,这些都阻碍了电动汽车的发展。

1 电动汽车的电池管理系统

电动汽车的电池管理一直是电动汽车关键技术中的一个大难题。电池管理系统(Battery Management System,缩写BMS),针对的是二次电池。二次电池主要有以下的缺点 :储能少、寿命短、安全性和电量估算困难等。使用BMS主要是为了提升电池的利用率,避免出现过度充电、过度放电,观测电池的状态,进行故障诊断与报警,且与充电机等交互信息采用CAN总线的模式,保障了电动汽车可靠、安全运行。

2 电池管理系统存在的问题

在电动汽车普及的进程中,电动汽车的电池充电管理是重要的一个环节。在硬件方面要求电池管理系统和充电机之间单独使用一路CAN总线,该CAN总线独立于动力系统控制之外。而现有的电池管理系统只有两路CAN接口,其中一路用于电池管理系统内部通讯,另一路用于和动力系统控制通讯,没有多余的CAN接口和充电机之间通讯,需要制定解决方案,包括电池管理控制箱结构、BMS系统硬件和充电机之间的硬件连接信号、电气配线等电池管理系统硬件的更改 ;而在软件方面,则要进行充电机与电池管理系统间通信协议的开发,包括与道路车辆控制系统的通信网络兼容,通信协议的物理层、数据链路层、数据帧格式遵循的规定 ;充电机和BMS对电压、电流和温度等参数的监测与设置等。

3 电池管理系统的改进设计

3.1 BMS 系统硬件实现

本文所述 系统使用 控制芯片LTC6802进行系统的分布式管理。全新设计了电池的数据采集与处理、均衡控制、通讯及故障处理等模块,主芯片与整车控制器的通讯用CAN总线实现。

(1)参数采集模块 : LTC6802电压检测芯片可以对电池电压进行实时检测 ;有输入引脚专门用于温度传感器的输入 ;电流检测则用霍尔传感器,直流、交流都可用,具有良好的隔离作用,性能稳定。

(2)均衡控制模块 :若电池管理系统检测电池电压处于正常范围,系统会按设定的算法对电池完成SOC估计。而在电池组电压异常时,则会通过均衡算法实行均衡控制。

(3)数据处理模块 :以单片机编程的模式进行数据处理。按照功能划分成多个子程序,主要有 :SOC估计、故障判断、信号监测、警告等。

(4)通讯模块 :采用CAN总线通讯协议。包括内部通讯和外部通讯,内部通讯对参数采集模块所采集的数据进行记录后传给数据处理模块,并将数据处理结果反馈给数据采集模块及故障处理模块 ;外部通讯通过CAN总线与PC机进行数据交互,使用户更直观的对BMS内部的数据进行监控及处理。

(5)故障处理模块(保护电路):控制LTC6802的引脚对故障信息做出相应的处理,利用红绿二极管对于告警及保护信息进行光警报,并输出报警信息,自动控制调节充、放电或切断电路。

3.2 BMS 系统上位机软件实现

PC机通过CAN总线与下位机进行通讯。下位机的采集模块所采集上来的电压、电流、温度数据等上传给上位机,上位机对采集上来的数据进行保存、处理及显示。

(1)上位机软件数据存储模块 :由于电池组数据量比较大,监控数据的记录采用占用空间比较小的二进制流进行存储。XML提供了更强有力的数据存储和分析能力,而且XML极其简单,XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据。

(2)上位机软件通讯模块 :上位机与下位机之间采用CAN通讯,协议采用CAN协议2.0B扩展帧格式 ;通讯速率为100Kbps ;物理层匹配电阻120Ω。上位机呼叫BMS并下发命令,BMS收到命令后返回响应信息。PC等待500ms后如尚未接收到BMS响应或接收响应信息错误,则认为本次通信过程失败。

4 结语

篇9：水果电池及其改进的研究报告

新课标人教版教材选修3—1第二章实验“测定电池的电动势和内阻”[2], 是一个必做实验, 教材要求用水果电池来测。但我们为了让学生彻底掌握和巩固测定电池的电动势和内阻这一知识难点, 先是每个高二年级的学生用两节干电池在计划内实验课堂做一次, 然后作为兴趣实验活动内容, 让有兴趣的高二年级部分学生在课外活动时用水果电池再做一次。物理兴趣实验活动采用小组合作和探究性学习方式, 将技术思想和方法有效迁移, 运用技术的方法在实践中掌握物理学科的实验原理和操作技能, 在培养学生小组合作能力的同时亲身经历以探究为主的学习过程;实现技术课程与物理课程教学融合, 在寓教于乐活动中全面提升学生的技术素养。在此, 先将具体活动过程介绍如下。

一、活动目的

1.运用通用技术课程所学的技术设计方法, 设计、制作、评价水果电池并测试它的电动势和内阻, 在推动物理实验教学创新的同时, 加深学生对技术思想和方法的深刻理解、领悟和内化, 提高学生的动脑动手实践能力, 从而在一定程度上提升其技术素养。

2.训练学生在测试电源电动势和内阻时, 分析伏安法测电阻电路表内外两种接线方法在实验中的影响;初步突破电学实验中能根据实验设计需要选取较合适器材的难点, 进一步明确多用电表的使用方法, 让他们在兴趣活动中通过合作探究加深对物理知识的理解、应用和记忆。

3.探索物理实验创新的新方式, 尝试物理课程与通用技术课程融合教学的可行性。

二、活动方式

采用“分组———合作———探究”教学方式, 按技术设计流程开展活动。

三、教学准备

1.在高二年级每个班用自荐和公推的方法确定一位物理兴趣活动大组长, 由大组长负责在活动前迅速将全班爱好兴趣活动的学生, 按自愿每2人组合成32个实验小组, 每4个实验小组 (1~4、5~8、9~12、13~16、17~20、21~24、25~28、29~32) 按实验桌顺序号组合为1个探究实验组, 共8探究实验组;每个探究实验组分别推选一位探究组长, 实行大、中、小分层管理。 (说明:实际活动时每个班级一般为6~8个探究实验组)

2.活动指导教师提前通知学生按规定时间自带水果到指定实验室。

3.实验室按照课本要求、小组个数准备好粗铜丝和粗铁丝, 另将多用电表、J0408直流伏特计、J0407直流安培计、J0409灵敏电流计、直流微安计、学生电阻箱、小灯泡、小灯座、开关、导线若干、实验室现有各种规格的滑动变阻器及坐标纸, 摆在32个学生实验台上供学生实验时选取。

4.教师自备一只电子表。

四、活动要求

1.要求用自己所带水果、粗铜丝和粗铁丝, 每小组各做一个水果电池。

2.要求学生用所学知识自行设计电路, 测定水果电池的电动势和内阻。

3.以组为单位探究实验并总结水果电池的特点, 推选1位发言人向大家介绍。

4.每探究实验组写一份活动实验报告单上交指导教师。

五、活动过程

(一) 发现和明确问题

1. 水果电池的原理在高一化学中已经学习了让学生回忆一下就都明白。

2. 水果电池的结构简单, 同化学中原电池原理, 直接用电极和水果制作, 也可根据需要自行设计、调整。

3. 测水果电池的电动势和内阻时, 可参照课本2.10—1 (甲) 、2.10—2、2.10—3电路图连接线路, 也可用学过的知识设计合理的电路。

4. 能在实验室的电脑上用Excel绘制U—I图像的话则更好。

(二) 研究提出方案和流程

以探究实验组为单位研究:每小组自行设计、制作一个水果电池, 自行设计、连接电路并测试其电动势和内阻———各小组介绍自己的作品及测试的结果———总结出水果电池的特点及活动感受———推出向大家介绍的代表——争取绘制U—I图像。

(三) 方案的实施

1. 制作水果电池原型。

参照课本介绍, 大多数学生能在较短的时间内按要求完成。

2. 测试水果电池的性能 (电动势和内阻) 。

按照课本电路图或自行设计电路并连接成闭合电路, 测量记录相关数据并计算所制水果电池的电动势和内阻值。

水果电池材料易取, 成本低, 制作简单, 与生活贴近, 很受学生欢迎。在准备此实验时, 学生已经测了干电池的电动势和内阻, 设计难度降低, 为此不做简单的重复, 重点落在应用和知识的拓展上。在仪器的准备上, 考虑到学生以往都是按实验台上准备好的仪器, 直接连接就行, 所以有意在实验台上准备多种规格的滑动变阻器供学生选择, 引起学生注意, 为后续学习中设计电学实验奠定基础。准备多用电表使学生在实验中体验到实验的方便性原则, 同时熟练基本仪器的使用。

兴趣实验活动对实验的要求没有课堂实验那么具体, 要求学生根据自己的情况探究, 告诉学生做实验要迅速, 水果电池性能不稳, 有兴趣的学生可以自行验证。气氛相对活跃, 积极性高。

指导教师在活动中发现:

(1) 大多数学生并没有按课本2.10—2和2.10—3的图示去具体实验, 而是对水果电池的电动势和电流进行估测。也有学生直接用多用电表来测, 直接得到了水果电池具有大内阻, 电动势很小的特点。同是估测, 用多用电表就方便得多。

(2) 有一部分学生错用多用电表直接测水果电池的内阻。

(3) 部分学生对水果电池本身作为电源感兴趣, 有些学生用水果电池点燃灯泡失败, 指导教师不失时机地告诉他, 水果电池的电流小, 灯泡不会发光, 但可以使电子表工作, 使学生意识到水果电池“小电流、大内阻”的特点, 以激发他们的探究热情, 顺利探究。

(4) 在测电池的电动势和内阻时, 大多学生用课本2.10—1 (甲) 电路图完成, 有个别学生选用电流表内接法2.10—1 (乙) 。

(5) 大多数小组在按设计方案测定时, 发现效果并不理想。有的对电池作了调整, 有的重新选择仪器。通过这些实施活动, 学生进一步体会到了通用技术的方法应用, 设计方案是一个反复修改和优化的过程, 不是一蹴而就的, 学生会从探究的艰辛中体验到成功的喜悦。

(四) 总结、评价水果电池

1. 在适当时候, 指导教师提醒各探究实验组先尽快自行评价、探究、总结实验过程及测试结果, 选出发言代表。

2. 指导教师适时组织集体评价, 要求所有探究实验组代表简明扼要介绍水果电池的特点、测得的电动势和内阻值数据和在技术思想和方法上的领悟。要求尽量不重复上组的相同结论, 对相同的认同、不同意的反驳, 大胆讲述不同结论或观点。指导教师相机诱导大家补充或另讲独到见解, 还要适当予以点拨和评价, 给予表扬和肯定、指正与激励, 以调动评价时的活跃气氛和学生参与的积极性。

3. 因实验中用伏安法来测, 可以让学生讨论电流内外两种接法在这个实验中的影响。

4. 比较干电池和水果电池的特性, 比较伏安法两种接法在测这两种电池时影响大小。

5. 评价将要结束时, 可伴随开始绘制U—I图像。

(五) 课程资源的积累

在此次实验活动中, 主要存在两个问题。

1.

大多数学生发现影响水果电池实验最大因素是水果电池性能不稳定, 怎样提高水果电池的稳定性今后可以作为活动课题。

2. 部分学生用多用电表直接测水果电池的电阻, 将会怎样影响实验结果。

这两个比较典型的问题值得进一步探讨。

(六) 填写实验报告单

将提前下发的实验报告单, 要求探究实验组组长负责指派专人当堂简明扼要写好, 大组长收齐后, 交给指导教师批阅并备案。

六、活动意义

这个实验看似为平实地模仿, 但通过运用技术设计的程序开设情况来看, 异常精彩。不仅加深了学生对基础实验的巩固, 而且实验中充分发挥了学生的自主性, 对平时的课堂实验既是补充, 又有引领示范作用。

技术设计是通用技术的主要内容, 通用技术“是日常生活中应用广泛、对广大学生的发展具有广泛迁移价值的技术”。通过这次物理兴趣活动, 我们可以看到物理实验的过程就是通用技术的运用过程;也是在应用中训练多种专业技能技巧, 及时巩固学生的体验, 使其内化为学生自身的经验, 以期掌握一般技术思想和方法的过程;更是通过物理实验案例, 在实践中间接教授通用技术课程, 提升学生科学和技术素养的过程。这些蕴含创新的过程, 无疑是为掌握科学探究方法奠定良好基础的有效途径。

高中新课程实验的亮点就是新增了通用技术课程, 而“通用技术课程是一门立足于实践、注重创造、高度综合、科学与人文融合的课程。它的学习过程是学生主动建构知识、不断拓展能力、形成良好情感态度与价值观的过程, 是一个富有生机、充满探究、方式多元的活动过程。”[3]物理是一门以实验为主的科学课程, 实验方法是技术方法的翻版, 是标准的通用技术。所以, 开展通用技术课程实践融合于物理课程实验进行教学的探索, 是一件很有意义的创新实践活动, 今后我们应多开展一些类似于上述的用技术设计方式开展趣味物理实验的活动。

摘要：作为兴趣实验活动内容, 让有兴趣的高二年级部分学生在课外活动时, 运用通用技术课程所学的技术设计方法, 设计、制作、评价水果电池并测试它的电动势和内阻, 在推动物理实验教学创新的同时, 加深学生对技术思想和方法的深刻理解、领悟和内化, 提高学生的动脑动手实践能力, 从而在一定程度上提升其技术素养。活动过程为:发现和明确问题、研究提出方案和流程、制作水果电池原型、测试水果电池的性能、总结评价水果电池及填写实验报告单。

关键词：兴趣活动,技术设计方法,测定水果电池,电动势和内阻

参考文献

[1]韩独石.提高学生技术素养综合工程实施方略[J].中小学教育, 2009 (9) .

[2]张大昌等.普通高中课程标准实验教科书选修3—1[M].人民教育出版社, 2010 (4) 第3版.

篇10：水果电池及其改进的研究报告

接下来我以一例“水果电池”的相关实验题目来说明。

例:测量“水果电池”的电动势和内电阻:将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内, 就构成了简单的“水果电池”, 其电动势约为1.5V, 可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V, 额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡。原因是流过小灯泡的电流太小了, 经实验测得电流约为3mA。现有下列器材:待测“水果电池”电流表;满偏电流3mA, 电阻约10Ω;电压表:量程0-1.5V, 电阻约1000Ω;滑动变阻器R1:0-30Ω;滑动变阻器R2:0-3KΩ以及开关、导线等实验器材。

(1) 本实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器? (填写仪器代号) , 并在下面虚线框中画出实验原理图

(2) 若不计测量中的偶然误差, 用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比电动势E% (填“偏大”“相等”“偏小”) , 内电阻r% (填“偏大”“相等”“偏小”) 。

通过认真阅读题目, 我们发现题目给出“水果电池”的电源电动势约为1.5V, 但是电流输出才3m A, 其原因就是该种电源内阻很大, 粗略估算约为500Ω。属于大内阻小电动势的电源。这里要求学生掌握高中电学闭合电路欧姆定律中电源电动势和内阻关系的基本知识, 能够在第一时间发现“水果电池”的特点, 并在后面的分析和判断中加以利用。

第一问选择滑阻, 如果用0-30Ω的滑阻会使最小电流仍为50m A, 远超过电流表的满偏电流, 用0-3KΩ的滑阻最小电流为0.5m A, 所以要选用滑动变阻器R2。电路接法就可以采用滑阻与电源的串联接法, 由于电压表内阻为1000Ω, 与滑阻的3000Ω比较接近导致分流效果会比较明显。而同时电流表的电阻为10Ω, 那么在保证电压表测量值尽量接近路端电压同时电流表测量值为干路电流值的情况下, 采用电流表外接的接法。

如图:“水果电池”和电流表可等效为一个电源, 电压表测的是等效电源的路端电压, 电流表测的是等效电源的总电流, 故该电路测的是等效电源的电动势和内阻。根据等效电源知识有:

在以上的分析过程中, 学生要根据给定仪器的阻值和电源内阻的关系及可能带来的各种后果来取舍, 通过权衡利弊, 选出合适的器材, 制定正确的接法。这就对学生思维的灵活性有一定的要求, 学生首先要知道在一般测电源电动势中内接法相对误差小是因为电源的内阻与电流表内阻接近, 虽然外接法测得的电源电动势是准确的, 但是内阻的测量值会比真实值大的这个情况。而同时正确分析出“水果电池”的内阻比较大, 10Ω的电流表内阻和近500Ω的电源内阻比相对误差还是比较小的, 所以正好采用外接法既可以保证电动势测量准确同时又避免了外接法相对误差大的缺点。也就顺理成章得出第二问结论:电动势的测量值等于真实值, 电源内阻的测量值由于计入了电流表的内阻而大于真实值。

从以上题目和相关分析我们可以发现“水果电池”的大内阻特点给相关实验题目留下了很大的考察空间, 这就要求我们平时要加大对该类题目的深入研究, 以便应对越来越灵活的创新实验题目。

摘要：“水果电池”实验, 因制作简单, 成本低廉, 取材方便, 现象直观成为中学电学部分学生探究实验的选题之一。由于“水果电池”所具有的低电动势和大内阻的特点, “水果电池”相关实验题目越来越多的出现在高考物理实验题库中。本文旨在浅析“水果电池”成为高考电学实验题目, 尤其是新课标电学实验题目的合理性和必然性。希望对“水果电池”相关题目研究起到抛砖引玉的作用。

关键词：创新实验,水果电池,电动势,内阻

参考文献

[1]宋心琦.普通高中化学课程标准实验教科书:化学2 (必修) [M].北京:人民教育出版社, 2004.