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
　　
　　“水果电池”实验是很好的设计性电学实验题材。设计性电学实验题最富于变化,最能体现考生的实验创新能力和思维的灵活性,从而为命题者提供了广阔的命题空间。学生可以根据所给定的实验器材,将“水果电池”实验设计成测电池的电动势和内阻实验。
　　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?摇(填“偏大”“相等”“偏小”),内电阻r?摇(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3mA,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50mA,远超过电流表的满偏电流,用0-3KΩ的滑阻最小电流为0.5mA,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。
　　
　　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。
　　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.
　　[2]张大昌.普通高中物理课程标准(实验)简介[J].物理教师,2002,(4).