物理教学论文发表原电池工作原理的探究实验设计

所属栏目：物理教学论文
发布时间：2014-06-30 14:45:59  更新时间：2014-06-30 14:39:58

　　人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《化学》必修2，第二章化学反应和能量第二节化学能与电能教材安排实验2-4演示原电池的工作原理。教学实践证明：成品演示，事出突兀，学生难以接受；两极同时产生气泡，干扰现象影响知识科学性。

　　摘要：人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《化学》必修2，第二章化学反应和能量第二节化学能与电能的教学中，设计学生分组实验探究原电池的工作原理，充分调动和利用学生的好奇心和求知欲，设计层层试验和问题情境，使学生在自主实验、积极思考和讨论交流中自己发现问题、分析问题、解决问题。

　　关键词：物理教学论文发表,原电池,实验探究,氧化剂,还原剂,氧化还原反应

　　提出问题：

　　根据新课标的要求，实施以探究为核心的多样化教学方式，先剖析“火力发电”原理及其能量转换过程，提出如何将化学能直接转化为电能，引出实验探究任务；接下来学生根据供选材料，设计实验装置图并进行分组实验、小组讨论。指导学生，通过实验探究和理解化学能转化为电能的原理，抽象出其氧化还原反应的实质，最终概括总结出原电池构成条件。

　　实验设计：

　　1、创设问题情境，引入课题

　　【讲述】

　　随着科学技术的发展和社会的进步，各种各样的电器不断进入现代社会，大大丰富和方便了我们的生活、学习、工作。大到宇宙飞船、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、手机、助听器、电子手表、计算器、心脏起搏器，每一样电器无不需要电能。所需要的电能是如何转化释放出来的呢？

　　【投影】

　　多媒体呈现火电厂火力发电工作原理示意图和经过的能量转换程式。

　　【讲述】

　　燃烧反应就是还原剂燃料与氧化剂氧气之间的氧化还原反应。氧化还原反应实质在于氧化剂和还原剂之间发生了电子转移，引起旧化学键的断裂与新化学键的形成，同时伴随着发生了物质能量的变化。

　　【设问】

　　根据氧化还原反应的实质，若是将氧化剂和还原剂分别连接在导线的两端，导线上是否会有电子流过呢？

　　2、学生分组实验探究

　　【实验用品】

　　药品试剂：1摩尔/升的稀硫酸、1摩尔/升的氯化铁溶液、35%的氯化钠溶液、铜片、铝片（砂纸打磨过）、铜导线、碳棒

　　仪器：灵敏电流计、50毫升小烧杯、U形管（带胶塞）

　　【装置设计图示】

　　各小组结合实验选材纷纷画出装置连接图，主要有以下几种类型：

　　【按图操作】

　　每个小组按自己设计的装置图连接好仪器，加上药品。

　　记录观察到的实验现象：无反应现象，电流计指针不偏转。

　　【设问】

　　上图装置中所选试剂之间都能发生氧化还原反应，为什么没有电子转移形成电流呢？

　　【小组讨论】

　　总结概括学生的讨论结果，主要表现为以下两种观点：

　　观点一：氧化剂不跟还原剂接触就不可能发生反应。

　　观点二：以上装置都没有构成闭合回路就不可能产生电流。

　　【实验改进】（如下图）

　　依据上述学生讨论结果，各实验小组对各自原来的装置进行改进。

　　小组1～10依据观点一，把原来装置改变为上图（甲）或（乙）所示，进行实验。

　　记录实验现象如下：装置（甲）电流计指针发生偏转，铝片和铜片上都有气泡生成；装置（乙）电流计指针也发生偏转。

　　小组11～20依据观点二，把原来装置改变为上图（丙）或（丁）所示，进行实验。

　　记录实验现象如下：（丙）装置电流计指针发生偏转；（丁）

　　装置电流计指针不偏转，也没有气泡生成。

　　【归纳并板书】

　　原电池：把化学能转化为电能的装置叫原电池。

　　2、设置阶梯式问题，引导学生探究思路。

　　【设问】

　　（1）、装置（甲）、（乙）、（丙）都产生电流，它们的外电路和内电路各有什么组成？

　　（2）、装置（甲）、（乙）、（丙）的内、外电路上的电流是怎样形成的？

　　（3）、指出装置（甲）、（乙）、（丙）各自的电源，并说出各有那些物质组成。

　　（4）、认真分析装置（丁）有无电源？为什么铝片与稀硫酸之间不发生电子转移？

　　【讨论交流】

　　【总结归纳】

　　（1）、外电路都有导线（包括部分导体）、用电器如电流计等组成，由电子的定向移动形成电流；内电路都由两种导体仅在一种电解质溶液中构成，内电路上由溶液中的离子定向移动形成电流。

　　（2）、三装置都是由还原剂原子失去的电子沿导线传递到另一端，接触到溶液中远离还原剂的氧化剂离子发生还原反应，在导线上形成电流；同时，还原剂发生氧化反应生成阳离子溶解在溶液里，并发生定向移动在溶液里形成电流。

　　（3）、电源的组成

　　装置（甲）：铜、铝两种金属片和稀硫酸共同组成，其中包括能够反应的氧化剂和还原剂。

　　流出电子的一端铝片是负极，电子流入的一端铜片是正极。

　　装置（乙）：碳棒、铝片和氯化铁溶液共同组成，其中包括能够反应的氧化剂和还原剂。流出电子的一端铝片是负极，电子流入的一端碳棒是正极。

　　装置（丙）：碳棒、铜导线和氯化铁溶液共同组成，其中包括能够反应的氧化剂和还原剂。流出电子的一端铜片是负极，电子流入的一端碳棒是正极。

　　（4）、装置（丁）虽然构成回路，但是铜导线、碳棒和稀硫酸组合在一起不能发生氧化还原，不能构成电源；而铝片没有浸在溶液中，不能游离出铝离子向溶液里移动，因而也不能向导线另端的氧化剂提供电子。【板书】

　　组成原电池的条件

　　①两电极：两种导体材料

　　②电解质溶液：两电极同时浸入溶液中

　　③闭合回路：导线及用电器构成外电路，电解质溶液及电极构成内电路，二者形成回路

　　④氧化还原反应：内电路上必须包括能够发生反应的氧化剂和还原剂。

　　【概括激疑】

　　以上表明，导线和电解质溶液构成的闭合回路只是产生电流的物质载体，分置在导线两端的氧化剂和还原剂才是驱动电荷定向移动的力量源泉。怎样防止外电路断开时电源内发生反应呢？

　　【学生发言】

　　把还原剂浸入其他溶液里。

　　【发问】

　　怎么把两溶液联通起来？

　　【学生发言】

　　用连通器。

　　【学生实验】

　　【装置设计】

　　【按图操作】

　　学生结合供选仪器，依照图（1）装置组装仪器。

　　指导学生将U形管中装满食盐水，在两端塞进胶塞，如图（1）把U形管倒置，一端浸入氯化铁溶液，一端浸入食盐水中。这时，电流计指针仍在零刻度线静止。让学生用镊子拨掉浸在溶液里的U形管两端的胶塞。学生惊奇地发现电流计指针偏转了。继而指导学生仔细观察，然后回答问题：

　　（1）电流计显示电流沿什么方向流动？

　　（2）溶液的颜色发生什么变化？

　　（3）氧化剂与还原剂之间电子转移是如何实现的？

　　（4）指明原电池的正负极，并写出相应的电极反应式。

　　【归纳板书】

　　1、由2FeCL3+Cu=2FeCl2+CuCl2设计成的原电池：

　　正极：2Fe3++2e-=2Fe2+

　　负极：Cu—2e-=Cu2+

　　2、发生原电池反应时，还原剂在负极失电子，负极发生氧化反应；氧化剂在正极得电子，正极发生还原反应。

　　【课堂小结】

　　【布置作业】

　　剖析身边的废旧电池，认识干电池、铅蓄电池等常用化学电源的构成，了解它们的氧化还原反应原理，巩固课堂学习探究的知识。

　　效果评价：

　　整个教学过程如此设计：

　　1、剖析“火力发电”提出如何将化学能直接转化为电能，引入探究课题。

　　2、学生根据提供的材料，设计装置示意图，分组实验、讨论，最终得出构成原电池的条件。

　　3、通过实验探究深入理解化学能转化为电能的原理。

　　4、以课外实践性作业实现教学内容的应用与延伸，让学生体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。

　　把教材演示实验改为学生探究实验，经过原电池形成条件的实验探究和原电池产生电流原因的实验探究，培养学生的观察能力、思维能力、实验能力。主要体现实验探究法、问题探讨法、分析推理和比较归纳法等教学方法的使用，更好地突出了学习重点，成功地突破难点，较理想地完成教学目标要求。

　　参考文献：

　　[1]人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《化学》必修2。