“人體電池”——原電池實驗的設(shè)計與改進

石冬梅

摘要：經(jīng)過多年的教學實踐，將探究性教學理念運用于原電池教學。對原電池學生實驗進行了探討與改進，從而設(shè)計了“人體電池”；選擇一些簡單材料并利用人體內(nèi)阻組成“人體電池”，再通過幾次改變實驗條件，得出了相關(guān)的結(jié)論。“人體電池”不僅能引發(fā)學生的學習興趣，而且可以提高學生的實踐能力和科學素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：原電池；人體電池；實驗探究及設(shè)計

文章編號：1005–6629（2017）2–0061–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

高中化學新課程重點突出了實驗的重要性，通過實驗使基礎(chǔ)實驗貼近生活、貼近社會，強調(diào)要使學生形成綠色化學理念，拓展了化學實驗的功能，突出了科學探究實驗的作用。同時盡可能地創(chuàng)造機會加強學生進行分組實驗和探究實驗，以此來鞏固化學知識、操作方法和實驗技能，提高他們的科學創(chuàng)造能力和素養(yǎng)。下面筆者就多年的教學經(jīng)驗和實踐，對原電池學生實驗[1]進行了探討、設(shè)計與改進，淺析如下：

1 設(shè)計理念

在高中化學知識體系中，電化學是一項十分重要的內(nèi)容。原電池是電化學的基礎(chǔ)，在高考試題中占有較高的比例，主要滲透在有關(guān)氧化還原反應(yīng)、化學反應(yīng)能量的變化的考題中。所以，教師應(yīng)根據(jù)學生的具體情況，運用有趣、高效的教學方法來吸引學生、引起學生對電化學學習的興趣[2]，并通過適當?shù)膶嶒瀬碚{(diào)動學生學習電化學的積極性，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

2 教材分析

2003年人教版高中化學教材選修4第72頁“科學探究”中，在研究電極材料對電池效率的影響時，只是提示可以使用兩片不同的金屬片、砂紙、濾紙、食鹽水、導線、靈敏電流表，讓學生進行自主探究，設(shè)計原電池并進行分組實驗。

3 教參分析

人教版《化學反應(yīng)原理教師教學用書》第84頁“活動建議”中給出的方案是分別用Cu、Ag（正極）和Zn、Fe、Al（負極）組成原電池的兩個電極，用導線分別將正、負極與靈敏電流計相連，將4層濾紙夾在正極片和負極片之間（務(wù)必使兩極與濾紙緊貼在一起），再滴入食鹽水浸濕濾紙做實驗，并觀察它們的差異。該學生實驗雖然裝置簡易、操作簡單、現(xiàn)象明顯，但也有不足之處：學生需要不斷地更換電極，然后作對比實驗，并且每次做實驗時很難控制單一實驗參數(shù)。

4 實驗改進

針對以上實驗方案的不足，我們設(shè)計了“人體電池”，經(jīng)改進后的實驗證明，效果比較理想，使整套裝置更便于學生的自主探究，同時具有操作簡便、材料易得、節(jié)約試劑（藥品）、綠色環(huán)保、新穎獨特和生動有趣等特點[3]。

4.1 實驗儀器及用品

鋁片、錫片、銅片、鋅片、鐵片、石墨棒、NaCl溶液（1 mol·L-1）；砂紙、導線、濾紙、靈敏電流表、鑷子、50mL燒杯

4.2 實驗原理

原電池是化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理是靠電池內(nèi)部自發(fā)進行氧化、還原等化學反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個電極上進行。當外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路，同時在電池內(nèi)部發(fā)生電荷傳遞[4]。

本實驗設(shè)計的“人體電池”，依靠人體當導體，左手和右手分別觸碰的金屬（或者是石墨棒）當做原電池的兩個電極，兩個手掌上的汗液中有鹽分，即鹽溶液，充當了電解液。當左手和右手同時和電極板觸碰時，就相當于構(gòu)成了閉合回路，由于兩個電極電位存在差異，即有電流產(chǎn)生。

但是由于個體差異，手掌上的汗液可能較少，所以實驗時需要涂抹適量的食鹽水。在實驗前，我們隨機挑選了8位學生，分別測了他們的內(nèi)阻，內(nèi)阻在900～1200歐姆之間，然后采用靈敏電流表測量實驗中的電流。由于每位學生的人體內(nèi)阻不同，從而導致產(chǎn)生的電流大小也不同。

4.3 實驗設(shè)計

“人體電池”裝置如圖1所示。

4.4 實驗步驟

（1）配制1 mol·L-1的NaCl溶液50mL。

（2）將鋅片用導線與靈敏電流表負極相連，鋁片、鐵片、錫片、銅片、石墨棒先用導線并聯(lián)，再與靈敏電流表的正極相連。

（3）用砂紙打磨金屬片的表面，用鑷子夾取棉花蘸取食鹽水涂抹電極板表面。

（4）首先讓學生的左手觸摸鋅片，右手可以分別觸摸鋁片、鐵片、錫片、銅片、石墨棒，同時記錄靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)大小及方向（見表1）。

（5）讓小組內(nèi)兩位同學手牽手，讓一位同學的左手觸摸鋅片，另一位同學的右手可以分別觸摸鋁片、鐵片、錫片、銅片、石墨棒，同時記錄靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)大小及方向（見表2）。

4.5 實驗結(jié)果

4.6 實驗討論

（1）通過探究活動，討論哪兩種金屬組成原電池的正、負極時，產(chǎn)生的電流較大[5]？

（2）電路中原電池釋放電流的大小除了受金屬活動性影響以外，還與哪些因素有關(guān)？

4.7 實驗說明

（1）實驗所用的銅片、鋅片、鐵片的大小需要相同。

（2）實驗時，如果手上的汗液較多，電極板上可不必涂抹NaCl溶液。

（3）依據(jù)每個學校實驗條件，可以隨意更換不同的材質(zhì)（金屬），不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，還能培養(yǎng)學生的探究意識。

（4）實驗時，根據(jù)靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度，就可以判斷電極的活潑性差異大小。

（5）實驗時，如果靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)反向，則證明組裝成的原電池的正、負極反向。

（6）可以得出結(jié)論：原電池輸出電能的能力取決于組成原電池電極材料的氧化還原能力。

5 學生收獲

通過本實驗，不僅對教材中的探究性內(nèi)容進行了深刻挖掘，同時對教材中某些不適宜探究性教學的內(nèi)容進行了適當?shù)母倪M，補充了一些問題情境，拓展了教材的思想與內(nèi)涵，突出了實驗的基礎(chǔ)作用。這不僅使學生明白人體是一導體以及安全電壓等知識，而且提高了學生的基本實驗技能，也使學生有了親身體驗并掌握一些常規(guī)的生活實驗規(guī)律，感受到科學就在身邊。這是筆者在學生實驗中探究原電池形成條件時的一點經(jīng)驗總結(jié)，在今后原電池設(shè)計的教學中，還會不斷地探究、改進，采用更科學、更貼切的教學方法。

參考文獻：

[1]鄭曉紅.幾則電化學實驗的改進與創(chuàng)新[J].化學教育，2015，（3）：70.

[2]于永明.若干電化學微型實驗的設(shè)計[J].化學教學，2013，（7）：44.

[3]許國霞，常季春，姚建軍.原電池的微型化演示實驗[J].化學教育，2013，（8）：62.

[4]孫丹，熊曉丹，伍曉春.海洋寶寶運用于原電池反應(yīng)的實驗設(shè)計[J].中學化學教學參考，2015，（8）：63.

[5]過文學，俞斯敏.化學能與電能轉(zhuǎn)化實驗設(shè)計——“果凍”電池[J].中學化學教學參考，2014，（5）：55.