利用cu-zn原電池給手機(jī)充電的探究

1、2016121zhangzhecheng@V160621利用利用CuZnCuZn原電池給手機(jī)充電的實(shí)驗(yàn)探究原電池給手機(jī)充電的實(shí)驗(yàn)探究浙江省杭州二中浙江省杭州二中史宗翔史宗翔內(nèi)容摘要：內(nèi)容摘要：高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中對(duì)原電池鹽橋部分的實(shí)驗(yàn)和介紹枯燥無(wú)味，理論味道過(guò)濃，造成學(xué)生很難理解，筆者基于新課程的理念，結(jié)合具體的“能否利用CuZn原電池給手機(jī)充電”的課例闡釋了如何利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)傳感器，創(chuàng)設(shè)探究情景進(jìn)行教學(xué)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)

2、字化實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新一、背景分析一、背景分析高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中對(duì)原電池鹽橋部分的實(shí)驗(yàn)和介紹枯燥無(wú)味，理論味道過(guò)濃，造成學(xué)生很難理解，因此很多電化學(xué)的知識(shí)學(xué)生只能靠記憶去掌握，學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣在這種學(xué)習(xí)方式中慢慢變?nèi)鹾拖В绻茏⒅貙W(xué)生感興趣的材料進(jìn)行情景設(shè)計(jì)，充分挖掘?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備感性的展示，讓教學(xué)難點(diǎn)在學(xué)生探究的過(guò)程中加以分散和化解，不僅可以讓知識(shí)變得有趣實(shí)用，也慢慢地增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)學(xué)科的興趣感同時(shí)

3、也培養(yǎng)了思維的創(chuàng)新性和發(fā)散性。二、探索與嘗試二、探索與嘗試實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)課程最顯著的特征之一，鹽橋電池的大多實(shí)驗(yàn)角度方式陳舊老套新穎度不夠，使用的電流計(jì)也僅僅從偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象加以利用和解釋?zhuān)诮虒W(xué)實(shí)施過(guò)程中略顯深廣度不足，對(duì)此，筆者敏銳地對(duì)一些現(xiàn)象再處理，挖掘數(shù)字化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的功能，通過(guò)一定的情景設(shè)計(jì)教學(xué)，收到了不錯(cuò)的效果。1.創(chuàng)設(shè)探究情景——為手機(jī)充電普通高中化學(xué)新課程強(qiáng)調(diào)，要從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)，積極創(chuàng)設(shè)化學(xué)情

4、境，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與人類(lèi)生活的關(guān)系，關(guān)注人類(lèi)面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和參與意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的多樣化，發(fā)展高中學(xué)生自主獲取知識(shí)的愿望和能力。創(chuàng)設(shè)一個(gè)合適的教學(xué)情境，是探究的關(guān)鍵。銅鋅原電池在《化學(xué)2》中就已提出，學(xué)生通過(guò)《化學(xué)2》中的學(xué)生對(duì)銅鋅硫酸作為電解質(zhì)的原電池模型有了一定的了解和認(rèn)識(shí)，知道了構(gòu)成原電池的條件，也看過(guò)比如該原電池能使電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能使發(fā)光二極管亮起來(lái)，但具體到能產(chǎn)生多大的電流，多大的電

5、壓，能不能穩(wěn)定的發(fā)電等沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，如果僅僅是讓知識(shí)停留在定性分析的層面會(huì)使知識(shí)停留在低位少了實(shí)用性的活力，而這些問(wèn)題的本身就是學(xué)生感興趣的點(diǎn)，如能找到載體加以利用就能激發(fā)起學(xué)生探究的興趣。筆者就抓住這點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)情境——“此原電池能為手機(jī)充電嗎？要不一起嘗試一下！”給手機(jī)充電不是有電就行的，需要一定的電壓，穩(wěn)定的電流，手機(jī)又是人人都有的，這個(gè)情景的創(chuàng)設(shè)這一下就引起了學(xué)生的共鳴，激發(fā)了學(xué)生探究的興趣。當(dāng)然事前先做好準(zhǔn)備工作，如先把的手機(jī)充電

6、用的USB接線進(jìn)行改進(jìn)（分出兩根正負(fù)極導(dǎo)線），使這個(gè)情景不停留在想法和口號(hào)，而是可以實(shí)實(shí)在在可以動(dòng)手操作體驗(yàn)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)小課題。2.充分利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有了探究的課題如何展開(kāi)探究的過(guò)程又是探究教學(xué)中的難點(diǎn)，如果僅僅是為了引題而創(chuàng)設(shè)情境，那么探究教學(xué)就失去了其本身的意義。探究的過(guò)程就如同電影大片中一個(gè)個(gè)扣人心弦的環(huán)節(jié)，要緊張激烈跌宕起伏，對(duì)于化學(xué)課來(lái)說(shuō)能起到這樣效果的唯有實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然實(shí)驗(yàn)的切入點(diǎn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)應(yīng)該是全新的，充滿了很多“神奇”或“

7、迷惑”，知識(shí)的認(rèn)知上離“V杯賽參賽作品”2016121zhangzhecheng@V160623設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)意圖：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)意圖：驗(yàn)證學(xué)生的猜想，讓學(xué)生體會(huì)到探究的樂(lè)趣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的證明了單液電池的局限性，然而引入鹽橋的概念。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：【師】一鋅多用，化學(xué)能有一部分轉(zhuǎn)化為了熱能?！編煛繂?wèn)題的產(chǎn)生不就是由于鋅片和硫酸銅溶液直接接觸了，分開(kāi)不就可以了嘛！如何分開(kāi)？【生】把鋅片單獨(dú)的放到一個(gè)燒杯中，在另一個(gè)燒杯中盛硫酸銅溶液，銅

8、片插到其中。【師】鋅片應(yīng)該插到哪種溶液中呢？，該溶液能和它反應(yīng)嗎？【生】比如硫酸鋅溶液【師】連上外電路，該電池能工作了嗎？【生】沒(méi)有形成閉合的回路，溶液中離子無(wú)法定向移動(dòng)?！編煛咳芤悍珠_(kāi)了，溶液中離子不能定向移動(dòng)，還必須在中間搭一座橋，聯(lián)通兩邊的溶液。這邊是鹽橋?！局R(shí)介紹】展示《化學(xué)反應(yīng)原理》中有關(guān)鹽橋的介紹鹽橋中通常裝有飽和KCl溶液，離子在鹽橋中能移動(dòng)，在反應(yīng)中，鹽橋中的Cl移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液，使兩電解質(zhì)溶液

9、均保持電中性，氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行?！編煛坑辛他}橋鋅片終于能一鋅一意發(fā)電了，再試試看。2.4利用電流傳感器體會(huì)雙液原電池Zn∣ZnSO4||CuSO4|Cu電流穩(wěn)定，但強(qiáng)度很小[實(shí)驗(yàn)4]：將鋅片插入硫酸鋅溶液，銅片插入硫酸銅溶液，兩燒杯間用鹽橋連接，用導(dǎo)線連接電極，導(dǎo)線中間連電流傳感器，實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)電流傳感器的讀數(shù)穩(wěn)定在6mA左右。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)意圖：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)意圖：此實(shí)驗(yàn)是學(xué)生對(duì)單液電池缺點(diǎn)的理解上對(duì)裝置進(jìn)行改造后構(gòu)建出來(lái)的，充分地體現(xiàn)

10、了學(xué)生創(chuàng)作性思維。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中電流變小的現(xiàn)象，筆者引入了離子和電子運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)，從定量角度進(jìn)行分析，為學(xué)生帶去足夠的思考空間，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，是這個(gè)課創(chuàng)新之舉。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：【師】電流是很穩(wěn)定，但強(qiáng)度減少了那么多，又會(huì)是什么新的原因呢？【知識(shí)介紹】在電場(chǎng)中，離子遷移速率的數(shù)量級(jí)一般僅為105ms1；導(dǎo)線中電子的運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)為105ms1?！旧?】有了鹽橋溶液中離子的移動(dòng)距離變長(zhǎng)了?！旧?】U形管交細(xì)，鹽橋中能

11、移動(dòng)的離子數(shù)目變小了?！編煛咳绾胃倪M(jìn)鹽橋讓電流強(qiáng)度變大？【生1】用更粗更短的U形管【生2】增加鹽橋個(gè)數(shù)【生3】增加鹽橋中KCl溶液的濃度2.5增加雙液原電池Zn∣ZnSO4||CuSO4|Cu的鹽橋個(gè)數(shù)，電流強(qiáng)度增加[實(shí)驗(yàn)5]：將鹽橋增加一根，我們發(fā)現(xiàn)電流傳感器的讀數(shù)穩(wěn)定在11mA左右，增加兩根，讀數(shù)穩(wěn)定在15mA左右。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)意圖：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)意圖：用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證學(xué)生的猜想，鞏固所學(xué)的新知識(shí)2.6學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)1[實(shí)驗(yàn)6]：（1）實(shí)驗(yàn)用品：硫