高二十三班
王心宇吴元洁
趣味水果电池的制备
一、摘要：
本课题主要是在了解书本上的理论知识后加以实验验证探究的基础上，设计有关水果电池的趣味实验，帮助学生提高对化学学习的兴趣。
在中国知网上，以“水果电池”为关键词，通过高级搜索得到672篇文献，其中有关水果电池发电效果影响因素研究的文献大约有21篇，其余文献大都与化学物理创新教学有关，但仅简要涉及到了水果电池。
本课题则以水果电池为切入点，运用原电池的知识，设计了4套实验装置：果汁管型电池，隔膜电池，铜铝板电池和铜铁板电池。
实验装置在保证趣味性的同时，由复杂到简易，旨在用简单易行的趣味实验验证原电池发电的原理，使学生在理解原电池知识的同时培养学科兴趣。
二、引言：
近年来，人们对于水果电池的研究越来越多。
从通过实验证明水果电池确能发电[1]，到探究影响水果电池电动势和内阻的因素[2.3.4]。
同时，对于如何提高学生们学习化学的兴趣的探究也层出不穷。
但在趣味教学的探究中有关水果电池的部分却很少，仅仅是提到[5.6.7]。
所以我们想到仅仅以水果电池为切入点，开展对于趣味实验的探究。
水果是一种简单易得的材料，生活中广泛存在。
从普通的物质中得到不一般的发现更能提高学生的学习兴趣，尤其是刚刚接触化学的同学。
本课题以最简单的水果电池为雏形，运用原电池原理，衍生设计出了多种趣味实验装置，适合运用于课堂以提高学生学习的兴趣。
这些实验也可以在社团中展开。
参考文献：
[1]韩凤荣.从“水果电池”提起——“电压”2012
[2]王朝祥.探究影响水果电池电动势和内阻的因素2013
[3] 梁宝裕,刘道才,曾嘉丽,周代芬.探究影响水果电池电动势和内阻的因素2013
[4]郝志国.浅析创新实验题目——测“水果电池”的电源电动势和内阻2010
[5]刘丽艳.趣味小实验——全方位的收获2010
[6]韩春宏.高中化学课堂教学生活化实践研究2014
[7]翟文平.在初中物理教学中如何进行创新教育2010
三、实验部分
1.1.1选择水果与相应的电极
实验用品：
水果：苹果、梨、柠檬、橙子
电极：一元硬币（镍）、得力剪刀（铁碳合金）、铜丝（导线）、易拉罐（铝）、五角硬币
实验步骤：
1.取一种水果，将两种不同材质的电极插入。
2.将万用电表表笔分别连接两极，读取电压读数并记录。
3.连接电阻（阻值大约在100欧姆），将万用电表表笔分别连接两极，读取电流读数并记录。
实验数据（表一）：
一把得力剪刀，一个铝片 1.30微安0.13伏
一个橙子
电极电流电压
铝片，一把得力剪刀20.3微安0.51伏
表一
实验结果与分析：
通过对以上数据的分析与比较，我们发现橙子产生的电流最大——20.3微安（图1），于是我们决定将橙子作为选定的水果，将铝、铁作为电极。
但此次实验中，铜丝仅仅是作为导线适用，我们根据金属活动性顺序将铜作为备选电极。
图1
1.1.2拓展实验
实验背景：
为提高电流，提升实验效果，咨询老师并查阅资料[1]发现，两个电极之间的距离可能会影响电流的大小，即距离越大电流越小。
于是，我们开展实验验证这一猜想。
实验材料：
一个脐橙，10片铝片，一把得力剪刀
实验步骤：
1.将剪刀的一脚与10片铝片作为电极插入脐橙中
2.将限流电阻串联进电路中
3.改变电极间距离，测量电流值
实验数据（表一）：
表一
实验结果与分析：
与猜想不同，电流大小不呈线性递减（图3）。
在电极相距0.5cm(图1)和2cm （图2）时，达到峰值。
当两极距离尽可能近时，电流值较大。
图1 图2
距离（cm ） 电流 （微安） 0.5 20.3 1 7.8 1.5 9.8 2 20.1 2.5 11.7
3 12.3 3.5
12.2
图3
参考文献：[1]席艳丽.利用手持技术对水果电池的实验探究 2010
1.2果汁管型电池
实验背景：设计趣味水果电池装置，希望通过晶体二极管发光提高趣味性。
实验材料：百事可乐罐，脐橙，吸管，海绵，铜丝，发光二极管，砂纸（图1）
实验步骤：
1.将百事可乐罐罐身剪下，用砂纸打磨正反两面，去掉涂层。
将得到的铝片剪
成一样大小的小铝片，10小片为一组。
2.将吸管剪成相同长度的小管，塞入海绵。
3.向小管中滴入橙汁。
4.用铜丝将每组小铝片牢牢卷住，并将每组小铝片与另一头的铜丝插入小管的
海绵中（图2）。
5.用铜丝将每组小管串联，同时将发光二极管与限流电阻串联进电路，构成原
电池（图3）。
6.用电流表测出电压U=0.42V（图4），但LED小灯未发光。
实验结果与分析：
测得出电压0.42V，发光二极管未发光。
1.实验装置过于微小，虽然看似有趣，但准备过程繁琐，手工搭建不方便，装置易脱落，为趣味实验的开展和完成造成干扰。
2.装置构成的原电池未能使晶体二极管发光，总结原因：电流过小；接触不良。
图1.实验用品
图2.串联着发光二极管的部分电路
图3.整个实验装置
图4.测得的电压值
1.3 隔膜实验
实验背景：
希望使装置美观，搭建简便，同时通过增加串联个数，增大电流。
此次实验没有选择橙子，因为橙子汁水容易飞溅，而且切开的过程会导致大量汁水流失。
所以选择了苹果。
实验器材：
苹果，普通塑料膜，铜丝，砂纸打磨过的铝片，晶体二极管，限流电阻，万用电表
实验步骤：
1.将苹果分为8块，用塑料隔膜包裹（图1）。
2.在每块苹果上插上铝片、铜丝，形成原电池。
3.将8块苹果串联，并连上限流电阻，测量电流（图2）。
4.串联晶体二极管。
实验结果与分析：
实验过程中发现装置的制作过程仍比较复杂，成果也并不美观。
而且电流还是很小，所以暂时放弃这个方案。
图1
图2
1.4 铜铝板实验
实验背景：
希望改进接触不良的问题，增大电流，同时简化实验。
实验材料：
铜板、铝板、海绵、橙子（汁）、铜丝、晶体二极管、限流电阻、万用电表、剪刀
实验步骤：
1. 将铜板和铝板剪成同样大小
2. 将海绵切成薄片，并浸饱橙汁
3. 按铜—海绵—铝的顺序搭成多组小电池
4. 将它们叠在一起，保证一组的铝板与另一组的铜板相连（图1）
5. 连上限流电阻，用万用电表测量电流，并读数（图2）
6. 连接晶体二极管，看能否发光
7. 改变电池组个数，看电流读数
实验数据：
三组四组
电流（mA） 2 1.2
实验结果与分析：
电流还不足以点亮晶体二极管，但相较之前的20.3微安，提高了10倍，效果还是比较显著的。
没能点亮的原因分析如下：首先，铜板与铝板之间的接触还要再注意——有些连接处金属会因弯曲而接触不良（图1的圆圈处）；其次，铝表面容易被氧化，形成致密的氧化膜，从而阻碍实验进行。
实验数据也并不像我们想象的那样，随着电池组个数的增加而增大。
我们猜想是因为果汁在实验过程中不断被消耗（流失）的原因。
图1
2mA
图2
1.5 铜铁板电池
实验背景：
分析铜铝板电池的实验结果，认为铝表面的氧化膜对实验结果起到了一定的干扰作用，于是改用铁板实验。
实验材料：
铜板、铁板、海绵、橙子（汁）、铜丝、晶体二极管、限流电阻、万用电表、剪刀
实验步骤：
1. 将铜板和铁板剪成同样大小。
2. 将海绵切成薄片，并浸饱橙汁。
3. 按铜—海绵—铁的顺序搭成5组小电池。
4. 将它们叠在一起，保证一组的铁板与另一组的铜板相连。
5. 连上限流电阻，用万用电表测量电流，并读数。
6. 连接晶体二极管，看能否发光。
实验结果与分析：
电流表读数为4.5mA（图1），晶体二极管未发光。
电流读数较前几次实验已有增加。
为使晶体二极管发光，达到趣味效果的目的，将在之后的实验里使用灵敏度更高的发光二极管，来代替现在用的指示型二极管。
图1
四、总结：
本课题包含五个实验，都围绕水果电池展开。
在实验过程中不断改进实验装置，使实验更便捷，但多次实验都未能使晶体二极管发光。
本课题达到了趣味实验的目的。
搭建了多种装置，由复杂装置向简易装置转变。
整个过程都充满趣味性，适合初学化学者培养对化学的兴趣。
至于让晶体二极管发光，将在之后的实验里使用灵敏度更高的发光二极管，来代替现在用的指示型二极管。
五、展望
1. 使晶体二极管发光
2. 设计能应用于生活的微型水果电池装置。