歐姆定律實驗中電源電解液的選取

李秀蘭

(華僑中學(xué) 廣東 中山 528400)

廣東版高中物理《選修3-1》第三節(jié)“閉合電路”中，歐姆定律實驗用稀硫酸做電解液.筆者在教學(xué)實踐中摸索出用氯化銨代替稀硫酸效果更佳，并且從環(huán)保的層面看，污染小、危害少，更適合綠色校園的教學(xué)理念.

1 問題的提出

實驗裝置如圖1所示，玻璃水槽中裝有濃度為8%的稀硫酸溶液，插入玻璃水槽中的銅片和鋅片作為電源的正、負(fù)極，U型玻璃管內(nèi)放入紗布條，倒插入兩水槽中，利用紗布的毛細(xì)現(xiàn)象把兩邊水槽中的稀硫酸溶液連成一體，組成一個化學(xué)電源.改變紗布條的粗細(xì)可以改變電源的內(nèi)阻，電壓表V2、V1分別用以測量電源的內(nèi)、外電壓.內(nèi)電壓通過插在正負(fù)電極旁的兩根銅條測量.筆者經(jīng)過多次實驗得到如下數(shù)據(jù)：

圖1

(1)將滑動變阻器滑到最大值，斷開S2、S，閉合S1,測得U1=0.65V；

(2)閉合S1、S2、S，并逐漸減小滑動變阻器電阻值，測得數(shù)據(jù)如表1.

表1 稀硫酸做電解液測量值

可見U內(nèi)+U外=E的值與開路電壓0.65V相差甚遠(yuǎn).實驗結(jié)果難以讓學(xué)生信服.物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗是啟迪學(xué)生智慧的鑰匙，因此提高實驗的科學(xué)性、準(zhǔn)確性至關(guān)重要.

眾所周知，硫酸腐蝕性強(qiáng).用濃硫酸配置稀硫酸有一定的危險，實驗過程中這種危險依然存在，而且污染環(huán)境;稀硫酸中氫離子濃度變化大使得溶液不穩(wěn)定，造成實驗數(shù)據(jù)誤差大、不準(zhǔn)確.既然如此，能否用其他電解液替代呢？

2 氯化銨電解液性能穩(wěn)定誤差小

帶著這些問題，筆者反復(fù)做了大量實驗.從眾多的物質(zhì)中找到氯化銨，其與蒸餾水按質(zhì)量1∶7的比例配置的電解液效果好.實驗測得數(shù)據(jù)如下.

按前述步驟1測得U1=0.80V，由步驟2測得數(shù)據(jù)如表2.

表2 氯化銨溶液做電解液測量值

用氯化銨做電解液實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確.一是根據(jù)化學(xué)原理氯化銨電解液中氫離子的濃度變化小，電解液穩(wěn)定，配置好后放置較長時間，其性能都不會改變；二是誤差小、安全環(huán)保，可讓學(xué)生自己操作.既可培養(yǎng)動手、動腦能力，又讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，體驗科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)與學(xué)習(xí)物理的樂趣.

若用1mol/L濃度的硫酸銅溶液做電解液，由步驟1測得U1=0.72V，由步驟2測得數(shù)據(jù)如表3.

表3 硫酸銅溶液做電解液測量值

比較表1、表2、表3，顯然用氯化銨溶液做電解液更合適.

3 效果評價

實驗數(shù)據(jù)表明，用稀硫酸做電解液，實驗數(shù)據(jù)誤差大、不準(zhǔn)確，這是由于在實驗過程中要消耗氫離子，氫離子的濃度變化較大，對測定數(shù)據(jù)影響較大.而用氯化銨溶液做電解液，反應(yīng)過程中消耗的氫離子可通過氯化銨的不斷地水解得到補(bǔ)充，氫離子的濃度基本不變，所以實驗測定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、誤差小.故用氯化銨溶液做電解液進(jìn)行歐姆定律實驗更科學(xué)、合理、操作性強(qiáng).可變演示實驗為分組實驗，讓學(xué)生在實驗中驗證歐姆定律.通過實驗，學(xué)生對內(nèi)、外電路變化規(guī)律的理解更透徹，應(yīng)用歐姆定律解題的能力隨之增強(qiáng).電學(xué)是高考的重要考點，歐姆定律又是電學(xué)之基礎(chǔ).這一實驗教學(xué)不管是應(yīng)試能力，還是綜合素質(zhì)，包括列表分析的方法，從表達(dá)式分析物理量如何變化的方法，實驗操作技能等都得到了提高.