探究水果电池电压的影响因素

探究水果电池电压的影响因素

【摘要】本论文属于研究型学习报告，以中学化学中原电池的原理为基础，设计了探究实验，该实验主要探究水果电池电压的影响因素。分别从水果的种类，电极的材料，电极插入深度，电极之间的距离，水果的成熟程度等几方面入手，通过观察实验现象，记录分析数据进而得出结论。

【关键词】水果电池；电压；成熟程度；电极种类；电极间距；插入深度

正文

【实验名称】探究水果电池电压的影响因素

【引言】

1 实验探究提出的背景

科学探究是高中化学新课程标准提倡的重要理念之一，倡导学习者主动参与，勤于动手，培养学习者搜集和处理信息、获取新知识、分析和解决问题、交流与合作的能力［1］

2 实验猜想

水果电池的电动势和电流强度可能与哪些因素有关？搜集资料：在网上输入“水果发电”或“水果电池”，网上有关的资料主要分成两类：一是直接用水果做电池装置。另一类是利用腐烂的水果发酵产生甲烷气体作燃料，建造发电站。例如：澳大利亚科学家研究发现：将香蕉放进密闭的容器里让它们腐烂，结果从中可得到甲烷，用来发电。澳大利亚的蕉农再不必为卖不出去的香蕉发愁了！[2]

经查资料发现：

1.水果电池的电压跟电极种类有关

2.水果电池的电压跟电极插入它的深度有关

3.水果电池的电压跟电极之间的距离有关

4.水果电池的电压跟水果的种类有关

5.水果电池的电压跟水果的成熟程度有关

3 研究原理

3.1 化学原理——原电池原理：

将锌片和铜片用导线连接（导线中间接入一个电流表），平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，就构成了一个简单的原电池，可以观察到电流表指针的偏转。

水果电池机理与原电池相似，将金属性不同的电极材料（或石墨）插入水果中，用导线将不同电极与电流表连结，就会有电流表指针的偏转，证明有电流通过，但必须满足三个基本条件：

(1)电极金属活动性不同。

(2)电极材料应处在同一水果内，或水果之间有连结。

(3)电路必须为一闭合回路。

3.2 生物学原理——果蔬材料内的物质及结构：

水果中含有大量糖类、蛋白质、生物酸等电解质，往水果中插入不同金属电极，它们之间会有电压，就形成水果电池。所有水果，甚至一般的动、植物都含有电解质，都可做电池。[3]其实，电池发电的原理是溶液里的离子和电子通过电极和电线在流动。

【实验目的】通过实验了解水果电池电压的影响因素

【实验指标】水果电池电压大小

【实验器材】水果（苹果、西红柿、桃子、香蕉），铜片、铁片、锌片、石墨棒，导线（带鳄鱼夹），万用表（0-20V)，刻度尺，水果刀，砂纸。

【实验步骤】

1.实验前将苹果等水果切开，并在果肉划几刀，以增加导电性。每次实验前必须用砂纸将镁条、铝片、锌片和铜片表面的氧化膜打磨干净；

2.将万用表、导线串联，并将两个端点上接上电极；

3.选用正交表L16(45)进行实验安排（见表1）。按照表2顺序，分别进行实验。

4.用刻度尺确定两电极之间的距离，将两个电极插入实验水果中（注意：用铅笔提前标好电极插入深度，保证两个电极插入水果的深度一致），待万用表数据基本稳定后，读出电压值（实验1-16，万用表调在2000mV档，直接读数，填入表3中；方案1和方案2万用表调在20V档，读出的数据乘以10计为mV，填入表5中；

5.分析实验数据，得出实验结论；

6.再进实验室，再次实验，确定最优方案。

【实验数据表】

表1 因素水平表

表2 实验计划表

表3 实验结果表

表4 直观分析表

根据直观分析表中R值的大小可知，本实验因素显著性顺序，即主次关系次序为A D C E B，电极种类的R值远远大于其它三个因素的R值，因此它是影响实验效果的主要因素，其次是水果的种类和电极之间的距离，然后是水果的成熟程度，电极插入深度影响实验效果的程度最小。从实验指标的数据看，按照实验11的反应条件进行的实验结果最好，电池电压最大，即A3B3C1D2E4。但是C列中与电极之间

的距离关联的指标K3大于K1，E列中与水果成熟程度关联的指标K1的值大K4,根据计算比较选出的优水平组合为A3B3C3D2E1。

【验证实验】

选出最优方案，用从16次实验结果中直接比较选出的最好实验条件A3B3C1D2E4和根据计算比较选出的优水平组合A3B3C3D2E1进行新的实验，从中选出指标最好的方案。

表5 对比实验

【实验结论】本实验对腐烂的水果是否具有导电性进行了探究，若能够以腐烂的水果制作水果电池则能避免种植的水果腐烂后只能大批处理的浪费现象，有效地利用资源。根据表中数据可比较出方案1较方案2更优，利用腐烂的水果发电成为可能，人们可以尝试利用腐烂的水果发电。

参考资料：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].人民教育出版社2003：30

[2]澳洲蕉农不再发愁，烂香蕉可发电[OL]（摘自“南方农村报”）

[3]水果电池的研究与制作[OL]（摘自“教师俱乐部网”）