b6物理研究性学习的方法与范例

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物理研究性学习的方法与范例

范例

问题物理实验“自制电池”

课题的分析归纳

课题可以由老师提出，也可以由学生提出。每学期按照学校“课题研究”活动要求，在学生和教师之间征集研究课题工作。主要以实际生活为背景，联系科学、技术、社会等现实问题，如交通问题、能源问题、环境保护、卫生状况、用电常识，甚至包括日常生活用品使用问题。即根据学生的特长、爱好、兴趣，以现在学科知识为基础，把一些对课本中问题的看法，甚至有一些认为是“异想天开”的想法，只要有可行性研究的可能都可以形成课题。

参加初次研究活动的学生会感到选题困难，其实可联系物理必修、选修课的教学实际，关注周边环境就要有许多可选问题。如：体育与力学相联系的有：拔河取胜的秘诀、跳高越杆姿态的变迁；与实际生活相联系的有：对各式各样桥的研究、对形形色色门的研究；结合光学知识开展对近视问题的研究，如对眼镜认识的调查；结合电学知识开展对家庭用电及安全情况调查等等。

本课题组同学就是联系物理学科知识对当今电源（电池）报废时污染环境引起足够的注意，然后联系几个对物理学科有兴趣的同学想亲身体验一下伏打电池的制作过程，以及研究将来电池的应用前景等而选定本课题研究的。

实际情况的调查

开展“课题研究”活动实施调查之前，首要的是制订一个全盘的安排计划，一般来说，与物理相对应的应用型课题的研究方案是先到实际中去考察、提练、设计和修改方案。

课题研究组成立以后，我们向指导老师汇报我们当初的设想，然后在老师的帮助下，对课题可行性提出分析处理，对我们在操作方法上提出具体的操作指导，并且就如何利用社会资源也给出建议。概括地说，就是根据研究目的来确定调查内容。（1）先调查伏打电池实验所需的各种实验设备，以及实验室所能提供的条件，进行实验研究时需具备的理论基础，以及相关专业名词的物理涵义；（2）详细调查现阶段市场存在的各种电池（如干电池、蓄电池、光电池等），然后再去商店调查各种品牌电池种类；（3）走访生产“达立”牌电池的常州市电池厂，认真考察生产电池的流程，并且询问实际生产状况及实验室条件的差异情况，甚至向厂方咨询对废弃电池的回收和处理是否有一套行之有效的程序，以及将来开发新产品是否具有环保功能等问题都进行一系列周密的调查。

有关资料的查阅

在准备工作就绪情况下，我们就必须有针对性地对研究课题进行资料查询，先是明确我们此次实验要求做到什么样的程度，实验中需要哪些器材，还需要完善哪些内容，以及未来的发展趋势等等；查询资料一般先到校图书馆，而后到常州市图书馆或一些科研单位资料室，有条件的还可以上网查阅资料。在这里特别要提出向专家咨询这一途径，这里讲的专家指的是对我们课题研究有系统研究的专业人才，可以是老师、科研工作者，或者就是我们的亲属，借助他们的力量，我们可以迅速找到的需要的东西，有助于我们顺利完成课题研究。

课题结论的表述

将我们的实际调查结果和查阅的各种资料进行分析处理，也就是说，去除掉一些与我们主题无关的将要信息，抓住本次课题研究所需的本质内容，这关系到本次课题研究的成败，一般最常用的方法是实验法、归纳演绎法和综合分析法。归纳法指从一些经验事实出发推出一般性原则，我们在做伏打电池实验时就采用这种方法。开始我们做最原始的电池“伏打电池”，两个同学去化学实验室找来硫酸、大烧杯、锌、铜板，其他人就设计实验的步骤，器材一到大家就开始互帮着连接电路。一切准备好后，一个同学看电压表，一个同学看电流表，还有的看小灯泡的亮度，看表记下小灯亮的时间，其余的就记录和整理数据。一个同学将锌、铜板放入硫酸溶液中，看表的眼不眨，记录整理的手不停，真够忙的。这时指导老师提醒我们是浊可以改变些什么量从而来改变小灯的亮度和亮的时间，于是大家再次到化学药品室拿来了铅、铁、镁、双氧水等，反复进行多次实验。实验结束后大家再集中在一起进行相互讨论，并对实验数据进行综合分析处理，归纳出实验结论。为了检验实验结论的正确性，大家商讨再次进行水果电池实验，即找来西红柿、苹果、荔枝、香蕉、西瓜等水果进行一系列实验，实验确实验证了原来结论的正确性。下文是本课题的成果显示：

“自制电池”物理实验报告

关键词：极化现象离子金属活动性

内容摘要：电池在我们的日常生活中被大量使用，然而它们能作为电源的原理是什么？本文通过对实验过程及观察的阐述，较为详细地介绍伏打电池的原理以及电压大小与电极材料之间的关系，并研究了这种电池的污染性，希望开发出节能、高效、环保的生物电池。

我们在日常生活中所说的电源其实实质是把其他形式的能转变为电能的装置，电池是把化学能转变成电能的装置。早在1799年意大利物理学家伏打就发明了一个较强的电源，就是伏打电池，我们通过实验深入认识了这种电池的功能及原理。当年伏打用一块锌板跟一块铜板浸在浓度为5%的稀硫酸溶液中，我们也是这样做的。一开始，不知哪是正极，哪是负极，使用电压表的正极与锌板相接，负板与铜板相接，结果发现，指针反向偏转，这说明伏打电池的正极为铜板，负极为锌板。然后我们将小灯光固定在装置板上，将铜板和锌板放入稀硫酸溶液中，灯泡开始发光，但很快又变暗，这是由于锌与稀硫酸反应生成的氢气泡被越来越多地吸附到了铜板上，氢气泡的存在就减少了电极板与溶液的接触面积，电流通过时的阻碍增强。为何氢气泡会聚集在铜板上呢？这是由于氢在溶液溶液中显正价，于是氢离子的移动方向就与电池中电流方向相反而聚集到了铜板上。这就是指导老师所说的电池极他现象。怎样消除它呢？我们用高锰酸钾或双氧水与稀硫酸溶液混事，这时明显看到小灯泡亮的时间延长，经测定，未加双氧水的一组实验，电压0.9V，灯亮4s钟，加入了双氧水氧化成水，电极板上的氢气泡减少。

为什么锌、铜伏打电池会产生0.9V的电压？我们讨论得出的结果是：稀硫酸溶液中有很多氢离子和硫酸根离子，当锌板浸入溶液中，由于锌位于（H）前的活泼金属与稀硫酸反应（Zn+2H+= ZnH2 ↑），原来在锌板上的锌原子就变成正二价的锌离子跑到溶液中，这样每一个锌离子都在锌板上留下两个电子，许许多多的锌离子跑出就使得锌板带上负电，溶液带上了正电。氢离子被带负电的锌板推开，附着在铜板上，这样使得铜板带上了正电，这就可以产生电流、电压。当我们再加入更大浓度的硫酸量的增加，溶液与金属的面积也相应增大，而电压不变，说明电压与金属板的接触面积也无关。由于伏打电池中的电压太小，小灯泡又只是闪了一下，接下来我们用不同的材料作电极来测定电压值。

在实验中我们发现作为电极板的金属，它们的活动性相对来说一强一弱，不活泼的为正极，与伏打电池中的锌铜产生的电压原理相同。以上实验结果表明，电压与电极材料的大小和形状无关，而与其金属性有关，即金属之间的金属性相关越大，产生的电压越大，反之赠越小。虽然商店里的1号、5号、7号电池虽大小不一，但是电压都为1.5V。

在我们的日常生活中，干电池与蓄电池很常见，在这儿介绍两种特殊的电池。

一是温差电池，用一根铜丝和铁丝连同一只灵敏电流计组成一个导电回路，铜丝和铁丝的一个接头放在盛有冰水混合物的杯子中，另一接头用火加热，过一会儿，电流计显示回路中有电流通过。铜丝和铁丝两个接头不同的温度形成温差电池，根据这种原理可用来制造测量高温的温度计。

二是光电池。现在市场上有许多计算器就用光电池作为电源，这样既省钱又不会制造污染，用紫光灯照射在静电检验器上的锌丝网，光把锌离子打向与检验器相连的铜板上，就会发现检验器的两个指针发生偏转，说明有电流产生，这种电池可应用在高精密的控制仪器和操作系统中。

以上两种电池的优点是都具有环保性，缺点是不能被广泛应用。而市场上的大多数电池都与上述实验的伏打电池原理一致，电池中电解质大都具有腐蚀性，一旦处理不当会造成很大的污染。因此我们想创造一种生物机能性质的电池，人在海洋中被大电鳗电了一下可是要命的，它身体中所产生的电压很大，我们应该对它进行研究和利用，努力发展节能、高效、环保无污染的电池。

（本课题组成员：刘诚、周志欣、吴克、冯飞、张渊、陆叶、吴冬雷、高旭金、蒋烨、马军、陈琳）

研究后记

通过自制电池的实验过程和科学发展前沿实际情况的调查，认识到这不仅是完成一项实验，更重要的是这里牵涉到许多方面的问题。如：（1）团结协作精神、科学素养的形成。（2）实验基本技能与研究方法的培养。（3）物理、化学课程中有关知识的综合能力的提高。（4）废旧电池回收与利用的研究。（5）提高温差电池、光电池的利用率的方法。（6）生物环保电池是否有转为工业生产的现实可能。

通过本次课题研究，有很多体会和收获

（一）加强主动学习，激发创新思维