小學探究教案

電源特性的探究。

湖北省黃梅縣第一中學張流柱

【教學內(nèi)容】

高二《物理》（必修加選修）第二冊第十四章第六節(jié)。

【問題提出】

師：這節(jié)課，首先請同學們用電壓表測量不同型號的干電池、蓄電池的電壓，并說明測量結果。

生：不同型號的干電池的電壓都約為1．5V，蓄電池的電壓都約為2V。

師：我們的教材這樣講：“不接用電器時電源兩極間電壓的大小是由電源本身的性質(zhì)決定的。為了表征電源的這種特性，物理學中引入電動勢的概念。電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。”我給同學們提出一個問題：電動勢到底表征電源的什么特性?同學們，你們自己有什么問題嗎?

生甲：為什么不同型號的干電池的電壓都約為1．5V?

生乙：為什么干電池電壓與蓄電池不同?

生丙：電源的電動勢為什么等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓?

……

師：很好!為了回答以上問題，必須弄清電源的特性。

【學生活動】

一、活動Ⅰ：拆卸廢舊干電池、蓄電池，初步弄清它們的構造

師：請大家動手，拆卸廢舊干電池、蓄電池，看它們內(nèi)部有些什么，內(nèi)部物質(zhì)是否導電。請注意環(huán)境衛(wèi)生。

生：動手拆卸廢舊干電池、蓄電池，測量內(nèi)部物質(zhì)是否導電。

師：我們早已知道，電源正極聚集著正電荷，負極聚集著負電荷。現(xiàn)在又知道，干電池、蓄電池的正、負兩極之間的物質(zhì)是導體。同學們對此有什么疑問嗎?

生甲：正電荷為什么能夠聚集在正極，負電荷為什么聚集在負極?

生乙：聚集在負極的負電荷為什么不經(jīng)導電物質(zhì)移向正極?

二、活動Ⅱ：提出設想，構建電源模型

師：這個問題提得相當好!為什么呢?同學們自己說說。

……

生：可能是電源內(nèi)部存在一種力，不讓聚集在負極的負電荷經(jīng)內(nèi)部的導電物質(zhì)移向正極。

師：如果這種猜測是正確的話，這種力會不會是靜電力?為什么?

生：不會。因為靜電力是使聚集在負極的負電荷經(jīng)電池內(nèi)部的導電物質(zhì)由負極移向正極。

師：很好。我們知道物體通常呈電中性，大家想過沒有?為什么正電荷向電源正極聚集，負電荷向電源負極聚集?

……

生：是非靜電力作用的結果。

師：對!現(xiàn)在，我們進一步來討論這樣的問題：把帶有等量、異號電荷的平行板電容器用導線連接起來，導線中有瞬時電流。要保持導線中有持續(xù)的恒定電流，必須怎么辦?

生：為了使導線中有持續(xù)的電流，必須使兩極板間總存在恒定的電壓。

師：這時平行板電容器內(nèi)部場強是否改變?

生：不變。

師：如何保持平行板電容器內(nèi)部場強不變?就需要……

生：保持兩極板所帶電量不變。

師：如何保持兩極板所帶電量不變呢?

生：自然是把經(jīng)過導線移至另一極的電荷重新“捉”回來，也就是要使從負極經(jīng)過導線移至正極的等量電子再回到負極。

師：從負極經(jīng)過導線移至正極的電子再回到負極的路徑是在平行板之間還是在平行板的外部?

生：內(nèi)部。

師：靠什么力？

生：非靜電力。

師：通過剛才的討論，我們知道：如果能使平行板電容器負極經(jīng)過導線移至正極的等量電子經(jīng)平行板之間再回到負極，那么平行板之間就必須存在一種非靜電力。如果平行板之間存在那么一種非靜電力，那么這樣的“平行板電容器”就是什么?

生：電源。

活動Ⅲ：歸納總結電源的特性

師：作為電源，必須具備什么條件?

生：內(nèi)部必須存在非靜電力。

師：電源內(nèi)部的非靜電力作用于電荷，將產(chǎn)生什么效果?請大家討論一下，然后回答。

生：由于非靜電力總是不停地把正電荷由電源負極移至正極，或者把負電荷由電源正極移至負極，電源正極將聚集著正電荷，負極聚集著負電荷，在電源內(nèi)部形成電場。

師：如果電源沒有接入外電路呢?

生：在非靜電力作用下，正電荷向電源正極移動，負電荷向電源負極移動，電源正負兩極電荷量將逐漸增多，兩極間電場將逐漸增強。

師：電源兩極間電場能否無限增強?為什么?

生：不能。因為，電源兩極之間形成了電場，電荷在移動過程中還要受到阻礙它運動的電場力作用，且阻礙它運動的電場力將逐漸增大。最終非靜電力和靜電力平衡，兩極間電場的場強也就保持不變了。

師：現(xiàn)在大家是否知道不同種類的電源，沒有接入電路時，用電壓表測得的兩極間電壓不等的原因了?認真思考、討論，然后回答。

……

生：由于不同種類的電源內(nèi)部非靜電力的大小不同，兩極間電場的場強也就不同。所以不同種類的電源兩極間電壓不等。

師：相當好!請同學們再用能量的觀點討論、說明電源的特性。

……

生：非靜電力使正電荷由電源負極移至正極，對電荷做正功；電荷在移動過程中受電場力阻礙作用，要克服電場力做功。非靜電力做功使其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。從能的轉(zhuǎn)化觀點看來，電源就是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

師：不同的電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領相同嗎?為什么?

生：不同。因為對不同的電源來說，非靜電力一般不同，它把同樣多的正電荷從負極移至正極所做的功，一般是不同的。在移送電量相等的情況下，非靜電力做的功越多，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領也就越大。

活動Ⅳ：尋找論據(jù)，深入探究電源的特性

師：電動勢就是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的這種本領的物理量。課后，請同學們查閱有關電源資料，弄清如下幾個問題：①常見的有幾種電源？內(nèi)部靠什么作用使得電源正極集聚著正電荷負極集聚著負電荷?②常見電源分別將什么形式的能量轉(zhuǎn)化為電能?③什么是電源的電動勢?④電源的電動勢為什么等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓?

【表達交流】

在弄清上述問題的基礎上，結合課堂上的討論，寫一篇小論文，題為《電源的特性》。

點評：

電動勢的概念是掌握閉合電路歐姆定律的基礎和關鍵，是高中物理電學部分難以理解的概念之一。電動勢概念成為教學難點的原因：從電動勢概念的本身來看，電動勢概念十分抽象，建立電動勢概念涉及到的其他概念多，關系復雜。例如非靜電力、靜電力、非靜電力做功、克服非靜電力做功、能量轉(zhuǎn)化、動態(tài)平衡等等，很容易造成學生思路混亂。從學生這方面看，大多數(shù)中學生的抽象思維能力還比較低，對于電池、蓄電池的化學作用和發(fā)電機的電磁作用，在學習電動勢這一概念時，學生認識還不多，知識儲備不夠。另外，學生對電源的感性認識也十分匱乏，雖然經(jīng)常接觸干電池等電源，但是對電源的感知僅限于外觀。鑒于以上原因，十多年以來，中學物理課本都沒有闡述清電動勢的物理意義，更沒有建立電動勢的概念，這給學生掌握閉合電路歐姆定律造成了重大障礙。這節(jié)課采用探究教學，讓學生動手，解剖電池，豐富學生的感性認識，培養(yǎng)學生的實踐能力；啟迪學生思維，培養(yǎng)提出問題、解決問題能力；在較短的時間內(nèi)，學生自主進行了大量的思維活動，明確了電動勢的物理意義；將對電源的特性的進一步探究，以建立電動勢確切、科學的概念延伸到課外，既能使學生較深入地理解電動勢的概念，又沒有沖淡教學重點。這種課內(nèi)外相結合探究同一問題的做法，在探究教學上具有一定的創(chuàng)新。（點評者：吳吉成）

相關閱讀

化學電源

第四章電化學基礎
第二節(jié)化學電源
課前預習學案
一、預習目標
1了解常用電池的構造，2一次電池和二次電池的區(qū)別
二、預習內(nèi)容
閱讀書本，回答以下問題：
1、什么是一次電池？
2、什么是二次電池？
3.判斷一種電池的優(yōu)劣的標準是什么？
4、日常生活中電池有那些應用？
如何書寫復雜反應的電極反應式？

三、通過預習提出疑惑
同學們，通過你的自主學習，你還有哪些疑惑，請把它填在下面的表格中
疑惑點疑惑內(nèi)容

課內(nèi)探究學案
一、學習目標
應用原電池原理，進一步學習常見一次電池、二次電池、燃料電池的工作原理。能根據(jù)電池總反應式判斷：正、負電極，寫出電極反應式
學習重難點：能根據(jù)電池總反應式判斷：正、負電極，寫出電極反應式

二、學習過程
一、一次電池
1.堿性鋅錳電池
電極材料為Zn和MnO2，電解質(zhì)是KOH.
總反應式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
如何書寫復雜反應的電極反應式？
負極：()________________________________________________

正極：()_________________________________________________
2．鋅銀電池
銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。
電極材料為Zn和Ag2O，電解質(zhì)是KOH.
總反應式：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag

負極：()________________________________________________

正極：()________________________________________________

二、二次電池
鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。
蓄電池放電和充電的總反應式：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O
放電的電極反應為：
負極：()________________________________________________

正極：()_________________________________________________
目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。
三．燃料電池
燃料電池是使燃料與氧化劑反應直接產(chǎn)生電流的一種原電池，。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應產(chǎn)物不斷排出電池。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣?；瘜W反應的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達70%以上。
1.氫氧燃料電池
它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電池反應總式是_______________________________________________
a.電解質(zhì)是酸
負極：________________________________________________

正極：_________________________________________________
b.電解質(zhì)是堿
負極：________________________________________________

正極：_________________________________________________
c.電解質(zhì)是固體熔融物
負極：________________________________________________

正極：_________________________________________________
2.甲烷燃料電池
另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷燃料和氧氣氧化劑。
電池總反應式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
負極：________________________________________________

正極：_________________________________________________

課堂練習與提高
一、選擇題
1.如圖裝置能組成原電池的是()
2.銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的電池反應為Zn+Ag2O+H2O====2Ag+Zn(OH)2,則負極上發(fā)生反應的物質(zhì)是()
A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn
3.（2008江蘇高考，5）鎳鎘（NiCd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行:
Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
有關該電池的說法正確的是（）
A.充電時陽極反應:Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O
B.充電過程是化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程
C.放電時負極附近溶液的堿性不變
D.放電時電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動
4.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為:
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)====Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)
下列說法錯誤的是()
A.電池工作時，鋅失去電子
B.電池正極的電極反應式為:
2MnO2(s)+H2O(l)+2e-====Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D.外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g
5.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應可以表示為:Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2,已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸。以下說法中正確的是()
①以上反應是可逆反應
②以上反應不是可逆反應
③充電時化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br> ④放電時化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br> A.①③B.②④C.①④D.②③
6.用Pt電極放置于KOH溶液中，然后分別向兩極通入CO和O2，即可產(chǎn)生電流，下列敘述中正確的是()
①通入CO的電極為陰極
②通入CO的電極反應式為:2CO+O2+4e-====2CO2
③正極電極反應式為:O2+2H2O+4e-====4OH-
④負極電極反應式為:CO+4OH--2e-====+2H2O⑤電池工作時溶液中的陽離子向原電池的負極移動⑥放電時溶液中的陰離子向負極移動
A.①④⑥B.③④⑥C.④⑤⑥D(zhuǎn).①②③
7.我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產(chǎn)生電流。電池總反應為:4Al+3O2+6H2O====4Al(OH)3,下列說法不正確的是()
A.正極反應式為:O2+2H2O+4e-====4OH-
B.電池工作時，電流由鋁電極沿導線流向鉑電極
C.以網(wǎng)狀的鉑為正極，可增大與氧氣的接觸面積
D.該電池通常只需更換鋁板就可繼續(xù)使用
8.國外新型研制的溴鋅蓄電池的基本構造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液為電解質(zhì)溶液?，F(xiàn)有四個電極反應:
①Zn-2e-====Zn2+
②Zn2++2e-====Zn
③Br2+2e-====2Br-
④2Br--2e-====Br2
那么充電和放電時發(fā)生還原反應的是()
A.③①B.④①C.②③D.②④
9.如圖所示為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是()
A.a電極是負極
B.b電極的電極反應為:4OH--4e-====2H2O+O2↑
C.氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
10.將純鋅片和純銅片按如圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是…()
A.兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B.甲中銅片是正極，乙中銅片是負極
C.兩燒杯中溶液的pH均增大D.產(chǎn)生氣泡的速度甲比乙慢
11.燃料在電池中直接氧化而產(chǎn)生電能的裝置叫燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池。燃料電池所用燃料可以是氫氣，也可以是其他燃料，如甲醇、肼等。肼分子（H2N—NH2）可以在氧氣中燃燒生成氮氣和水，利用肼、氧氣與KOH溶液組成堿性燃料電池，請寫出該電池反應的電極反應式和總反應式:__________________________________；
并指出電解質(zhì)溶液中，OH-離子向哪極移動:_________________________________________。
參考答案
1解析:據(jù)構成原電池條件分析，B能形成原電池。
答案:B
2解析:由電池反應知，Zn作負極被氧化。
答案:D
3解析:由充電時方程式中的Cd和Ni的化合價的變化可知，Ni(OH)2作陽極，電解質(zhì)溶液為KOH，所以電極反應式為:Ni(OH)2-e-+OH-====NiOOH+H2O;Cd(OH)2作陰極，Cd(OH)2+2e-====Cd+2OH-;充電的過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學能。放電時，Cd作負極，Cd-2e-+2OH-====Cd(OH)2,Cd周圍的c(OH-)下降，OH-向負極移動。
答案:A
4解析:由電池的總反應式可知Zn作負極失去電子，MnO2在正極上得電子，故A、B正確；工作時電子由負極流出，通過外電路流向正極，C錯；流過0.2mol電子，有0.1molZn溶解，減少6.5g，D正確。
答案:C
5解析:充電、放電時反應條件不同，故不是可逆反應，充電時電能轉(zhuǎn)化為化學能，放電時化學能轉(zhuǎn)化為電能。
答案:B
6解析:CO燃料電池總反應為2CO+O2+4KOH====2K2CO3+2H2O,故③④正確。在負極消耗OH-,故陰離子向負極移動，⑥正確。
答案:B
7解析:由電池總反應知，Al為負極，Al-3e-====Al3+,鉑網(wǎng)為正極:O2+4e-====+2H2O4OH-,電子由鋁電極沿導線流向鉑電極。故A對。電子由負極沿導線流向正極，電流方向恰好相反，故B錯。
答案:B
8解析:用惰性電極，故為電解質(zhì)溶液中離子放電，得到電子被還原，故為②③。選c
9解析:氫氧燃料電池的總反應為2H2+O2====2H2O，故通氫氣的a電極為負極，通氧氣電極為正極，電極反應為O2-4e-+2H2O====4OH-,A正確，B錯誤；電池產(chǎn)物為H2O，故為綠色電源，C正確；隨時不斷通入H2和O2，D正確。
答案:B
10解析:本題考查原電池的構成條件及工作原理。題目中可以應用的信息主要是①鋅片、銅片兩種活潑性不同的金屬，②甲、乙兩圖。解答該題時，首先根據(jù)原電池的構成條件判斷甲、乙是否能形成原電池，然后再根據(jù)原電池的原理具體分析、判斷，甲裝置符合原電池條件，c可構成原電池，乙裝置不能構成原電池。甲中銅片有氣泡，乙中無；由于都消耗H上標+，所以pH都增大，C正確。
答案:C
11解析:肼燃料電池總反應為N2H4+O2N2+2H2O，負極反應為:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O,正極反應為:O2+4e-+2H2O====4OH-。負極上消耗OH-，正極上產(chǎn)生OH-，故OH-向負極移動。
答案:負極:N2H4-4e-+4OH-====N2+4H2O
正極:O2+4e-+2H2O====4OH-
總反應式:N2H4+O2====N2+2H2O
OH-離子向負極移動

化學電源學案

第二節(jié)化學電源學案
學習目標：
1、常識性介紹日常生活中常用的化學電源和新型化學電池；
2、認識一次電池、二次電池、燃料電池等幾類化學電池；
3、學習化學電池的構成，電極反應式及總反應式的書寫。
學習重點：化學電源的結構及電極反應的書寫
學習難點：化學電源的結構及電極反應的書寫
學習過程：
化學電源是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類。
1、一次電池（又稱干電池）
如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等。
（1）堿性鋅錳電池，電解質(zhì)是KOH，其電極反應：
負極（Zn）：
正極（MnO2）：
總反應：
（2）鋅銀電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極總反應如下：
Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
則：負極()：
正極()：
2、二次電池（又稱充電電池或蓄電池）
如：鉛蓄電池。反應方程式如下式：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)
①其放電電極反應：
負極()：
正極()：
②其充電反應是上述反應的逆過程，則電極反應：
（電化學上規(guī)定：發(fā)生氧化反應的電極為陽極，發(fā)生還原反應的電極為陰極）
陰極：
陽極：
3、燃料電池
燃料電池是一種持續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學電池。它與一般的化學電源不同，一般化學電池的活性物質(zhì)儲存在電池內(nèi)部，故而限制了電池的容量，而燃料電池的電極本身不包括活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。
如：氫氧燃料電池。
①酸性介質(zhì)時，電極反應：
負極：
正極：
總反應：
②堿性介質(zhì)時，電極反應：
負極：
正極：
總反應：
除H2外，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；除純氧氣外，空氣中的氧氣也可作氧化劑。
練習、新型燃料電池，甲烷、氧氣及KOH電解質(zhì)溶液，用Pt作兩個電極，寫出兩個電極的電極反應式和總反應式。
當堂達標訓練：
1．廢電池的污染引起人們的廣泛重視，廢電池中對環(huán)境形成污染的主要物質(zhì)是（）
A．鋅B．汞C．石墨D．二氧化錳
2、據(jù)報道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質(zhì)溶液的新型手機電池，電量可達現(xiàn)在使用的鎳氫電池或鋰電池的十倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電。其電池反應為：2CH3OH+3O2+4OH—2CO32—+6H2O，則下列說法錯誤的是（）
A．放電時CH3OH參與反應的電極為正極
B．充電時電解質(zhì)溶液的pH逐漸增大
C．放電時負極的電極反應為：CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32—+6H2O
D．充電時每生成1molCH3OH轉(zhuǎn)移6mol電子
3、某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4為正極，嵌入鋰的碳材料為負極，含Li+導電固體為電解質(zhì)。放電時的電池反應為：Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。下列說法正確的是（）
A．放電時，LiMn2O4發(fā)生還原反應
B．放電時，正極反應為：Li++LiMn2O4+e-==Li2Mn2O4
C．充電時，LiMn2O4發(fā)生氧化反應
D．充電時，陽極反應為：Li++e-==Li
4、鎳鎘（Ni—Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用，它的充放電反應按下式進行：
Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，該電池放電時的負極材料是（）
A．Cd(OH)2B．Ni(OH)2C．CdD．NiO(OH)
5、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為

下列敘述不正確的是
A．放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化
B．充電時陽極反應為：Fe(OH)3—3e—+5OH—=FeO+4H2O
C．放電時負極反應為：Zn—2e—+2OH—=Zn(OH)2
D．放電時正極附近溶液的堿性增強
6、已知反應AsO43－+2I－+2H+AsO33－+I2+H2O是可逆反應．設計如圖裝置，進行下述操作：
（Ⅰ）向（B）燒杯中逐滴加入濃鹽酸，發(fā)現(xiàn)微安培表
指針偏轉(zhuǎn)；
（Ⅱ）若改往（B）燒杯中滴加40％NaOH溶液，發(fā)現(xiàn)
微安培表指針向前述相反方向偏轉(zhuǎn)．試回答：
（1）兩次操作過程中指針為什么會發(fā)生偏轉(zhuǎn)?
答：。
（2）兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向為什么會相反?試用平衡移動原理解釋此現(xiàn)象．
答：
（3）（Ⅰ）操作過程中C1棒上發(fā)生的反應為。
（4）（Ⅱ）操作過程中C2棒上發(fā)生的反應為。

電源和電流

2．1電源和電流

學習目標

1．明確電源在直流電路中的作用，理解導線中的恒定電場的建立

2．知道恒定電流的概念和描述電流強弱程度的物理量---電流

3．從微觀意義上看電流的強弱與自由電子平均速率的關系。

學習重、難點

重點：理解電源的形成過程及電流的產(chǎn)生。

難點：電源作用的道理，區(qū)分電子定向移動的速率和在導線中建立電場的速率這兩個不同的概念。

學法指導

自主、合作、探究

學習過程

用案人自我創(chuàng)新

【自主學習】：

1．電源是能把電路中的從正極搬到負極的裝置。

2．導線中的電場是由、等電路元件所積累的電荷在導線內(nèi)共同形成的電場，導線內(nèi)的電場保持和平行。

3．由分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為恒定電場。

4．把、都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。

5．電流的程度用電流這個物理量表示；規(guī)定定向移動的方向為電流的方向；電流的單位是，符號是；公式為。

6．電流的分析與計算

(1)電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。

(2)金屬導體中電流的方向與自由電子的定向移動方向相反。

(3)電解液中正、負離子定向移動的方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，此時【例題與習題】

例1如圖驗電器A帶負電，驗電器B不帶電，用導體棒連接A、B的瞬間，下列敘述中錯誤的是（）

A、有瞬時電流形成，方向由A到B

B、A、B兩端的電勢不相等

C、導體棒內(nèi)的電場強度不等于零

D、導體棒內(nèi)的自由電荷受電場力作用做定向移動

例2在彩色電視機的顯像管中，從電子槍射出的電子在加速電壓U的作業(yè)下被加速，且形成的電流強度為I的平均電流，若打在熒光屏上的高速電子全部被熒光屏吸收。設電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，進入加速電場之前的速度不計，則在t秒內(nèi)打在熒光屏上的電子數(shù)為多少？

8c的正、負電荷通過面積為0.8㎡的橫截面AB，那么

⑴在圖中標出正、負離子定向移動的方向；

⑵電解槽中的電流方向如何？

⑶4s內(nèi)通過橫截面AB的電量為多少？

⑷電解槽中的電流為多大？

練習：

一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積是S，導體單位長度內(nèi)的自由電子數(shù)為n，金屬內(nèi)的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規(guī)則熱運動的速率為V0，導體中通過的電流為I，則下列說法中正確的有()

A．自由電子定向移動的速率為V0

B．自由電子定向移動的速率為V=I/nes

C．自由電子定向移動的速率為真空中的光速c

D．自由電子定向移動的速率為V=I/ne

達標檢測

1.形成持續(xù)電流的條件是()

A.只要有電壓加在物體的兩端B.必須保持導體兩端有電壓

C.只在導體兩端瞬時加電壓D.只要有大量的自由電荷

2.在由電源、導線等電路元件所形成的電路中，以下說法正確的是（）

A.導線中的電場強度處處為零B.導線中的電場強度方向跟導線方向平行

C.導線內(nèi)各點的電勢相等D.導線內(nèi)沿電流方向各點的電勢逐漸降低

3.以下說法正確的是（）

A.導體中的電流是正電荷的定向移動形成的

B.電荷定向移動的速率等于電流的傳導速率

C.單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷數(shù)越多電流越大

D.導體中越粗的地方單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷數(shù)越多電流越大

4.某電解池，如果在1s內(nèi)共有5×1018個二價正離子和1×1019個一價負離子通過面積為0.1m2的某截面，那么通過這個截面的電流是()

A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A

5.有一橫截面積為S的銅導線，流經(jīng)其中的電流為I，設每單位體積的導線有n個自由電子，電子的電荷量為q，此時電子的定向移動速率為u，在t時間內(nèi)，通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為（）

A．nuStB．nutC.It/qD.It/Sq

7.下列敘述正確的是()

A.導體中電荷運動就形成電流B.電流是矢量

C.導體中有電流通過時，導體內(nèi)部場強不為零

D.只有自由電子的定向移動才能形成電流

8.示波管中，2s內(nèi)有6×1013個電子通過橫截面大小不知的電子槍，則示波管中電流大小為()

A.4.8×10-6AB.3×10-13AC.9.6×10-6AD.無法確定

9.我國北京正負電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240m的近似圓形軌道，電子電荷量e=1.6×10-19C，在整個環(huán)中運行的電子數(shù)目為5×1011，設電子的速度是3×107m/s，則環(huán)中的電流是：（）

A．10mAB．1mAC．0.1mAD．0.01mA

10.如圖所示，a、b兩導體板組成一電容器，電容為C，帶電荷量為q，然后用一根虛線所示的導線連接，以下說法中正確的是（）

A.導線中有恒定的電流

B.導線中有短時間的電流

C.通過導線的電荷量為q

D．通過導線的電荷量為2q

11.如圖所示，在電解槽中，如果在5s內(nèi)共有2C正離子和2C負離子通過面積為S=0.1m2的某橫截面，那么5s內(nèi)通過該橫截面積的電荷量為，通過該橫截面積的電流為．

12．.電子繞核運動可等效為一環(huán)形電流，設氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運動，用e表示電子的電荷量，則其等效電流為多少?

發(fā)展中的化學電源

北京市房山中學劉文芳

一、指導思想和理論依據(jù)

開放式教學，淵源于科恩（R.C.Cohn）1969年創(chuàng)建的以題目為中心的“課堂討論模型”和“開放課堂模型”--人本主義的教學理論模型；同時，還淵源于斯皮羅（Spiro）1992年創(chuàng)建的“隨機通達教學”和“情景性教學”--建構主義的教學模式。這些教學理論模型強調(diào)：學習是學習者主動建構的內(nèi)部心理表征過程，教師的角色是思想的“催化劑”與“助產(chǎn)士”。教師不應把主要精力局限于所教的內(nèi)容上，而應注意學習者的心態(tài)（即情感與動機）變化。教育的目標是教師與學生共享生命歷程，共創(chuàng)人生體驗；養(yǎng)育積極愉快，適應時代變化，心理健康的人。本設計以開放式教學為指導思想，輔助以視頻、討論、歸納等手段，使學生體驗作為不同角色的工作者，思考問題的不同角度，在不斷解決問題的過程中，建構理論知識，增強實際分析、解決問題的能力和創(chuàng)新精神。

二、教學背景分析

依據(jù)教育部《普通高中化學課程標準》(實驗)和北京市普通高中新課程化學學科模塊學習要求，對本節(jié)教材的學習，包括三部分內(nèi)容：1、舉例說明化學能與電能的轉(zhuǎn)化關系及其應用，2、知道電池是利用氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，3、通過制作簡易原電池的實驗，了解原電池的概念和原理。

通過《化學能與電能》的第一課時學習：了解了原電池的概念、原理；并知道電池是利用氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。所以本課時的主要內(nèi)容是：1、了解幾種常見的化學電源在社會生產(chǎn)中的應用；2、通過認識生活中的原電池[即傳統(tǒng)干電池(鋅錳電池)、蓄電池和燃料電池]，進一步理解原電池的概念和原理；3、通過引入新型電池(如鋰離子電池、燃料電池等)體現(xiàn)化學電池的改進與創(chuàng)新，增強學生的創(chuàng)新精神；并且通過本節(jié)學習，能夠舉例說明化學能與電能的轉(zhuǎn)化關系及其應用；4、了解化學電源的發(fā)展與環(huán)境污染，增強環(huán)保意識。

三、學生學情分析

初中化學已經(jīng)從燃料的角度初步學習了“化學與能源”的一些知識，《化學能與電能》的第一課時學習了：原電池的概念、原理、組成原電池的條件。由于學生之前沒有電化學的基礎，理解原電池原理有一定的難度。所以本課時設計：同學們通過換位思考，擔任不同的角色，導出生活中同學們熟悉的各種電池的發(fā)展過程，增強學生的創(chuàng)新精神；然后依次的分析，各種化學電源的原理，電極材料，電子流向，電池的缺陷，既增強了學生的分析，綜合，應變能力，同時又促進了對原電池原理的進一步理解。

四、教學流程圖

教師活動學生活動

歸納與整理

五、教學過程

發(fā)展中的化學電源——--

教師活動

學生活動

創(chuàng)設情境：展示幻燈片，生物學家在解剖青蛙大腿的時候，發(fā)現(xiàn)金屬刀一碰傷青蛙的大腿，青蛙就會發(fā)生顫抖，請同學們展開聯(lián)想，推測可能是什么原因？

展開聯(lián)想，推測原因，回答，交流，討論。

展示幻燈片：

當時物理學家付打恰在觀察，受到啟發(fā)，他認為一定是青蛙腿中的組織液含有電解質(zhì)溶液，金屬刀在切割的時候產(chǎn)生了電流。于是他用鋅、銅做電極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，制成了世界上的第一個電池。

觀看感受。

提出問題：

你認為在此電池中，哪一種物質(zhì)失電子？哪一種物質(zhì)得電子？為什么？

思考交流：

鋅比銅的金屬性強，失電子能力強，鋅做負極，銅做正極，電子從鋅經(jīng)外電路流到銅電極，流硫酸電離出的氫離子的電子。

鋪墊資料：

伏打發(fā)明了伏打電池后，英國化學家戴維非常感興趣，戴維用伏打電池進行了電解實驗，首次制出了非常活潑的堿金屬，當時為了提供足夠的電流，戴維將伏打電池進行了串聯(lián)，最多一次并排放置了100多個大玻璃瓶，放置了100多對電極。

感受、思考：

伏打電池有什么缺陷？

提出問題：

如果你是伏打，你想如何對你的電池進行改進？

思考交流：

①因為電解質(zhì)為硫酸溶液，不便于攜帶，不能夠推廣使用，將電解質(zhì)制成固體。

②如何開發(fā)高能電池。

鋪墊問題：

什么是電解質(zhì)？電解質(zhì)制成固體還導電嗎？

思考交流：

在水溶液里或熔化狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔?，故態(tài)狀況下電解質(zhì)不導電。

展示幻燈片：

有一位化學家在伏打電池中加入淀粉。

思考交流，歸納：

加入固體填充物，制成糊狀。

導出：

現(xiàn)在使用的普通干電池，并展示結構圖片。

思考交流：

分析干電池的負極：鋅，正極：碳棒。

電解質(zhì)：氯化銨。

提出問題：

從我們查詢的信息來看，氯化銨溶液顯酸性，你認為干電池有什么缺陷，如何改進？

思考交流：

氯化銨溶液顯酸性，則會跟鋅皮發(fā)生反應，使用一段時間后電池會發(fā)生漏液。

改進方法：

1．換鋅皮為排在氫后的金屬（不可行）。

2．將氯化銨換為堿性電解質(zhì)。

導出：

現(xiàn)在使用的較多為堿性干電池，

思考交流：

分析電極以及電子轉(zhuǎn)移方向

提出問題：

如果你是開發(fā)商，你有什么想法？

思考交流：

將電池制成可以循環(huán)使用的電池，降低成本

導出：

可充電電池，展示首先使用的鉛蓄電池的可充電電池結構

思考交流：

分析鉛和氧化鉛的活潑性，推測正、負極和電子轉(zhuǎn)移方向

提出問題：

在元素周期表中查閱鉛的相對原子質(zhì)量，分析鉛蓄電池的缺陷是什么？如何改進？

查閱數(shù)據(jù)：

鉛的相對原子質(zhì)量是207，相對原子質(zhì)量較大，鉛蓄電池較笨重，不便于攜帶，尋找導電性較好的相對原子質(zhì)量較小的金屬做電極，最輕的金屬是鋰。

導出：

鋰電池，同時展示鎳鎘蓄電池的信息介紹

思考交流：

分析鋰電池的電極以及電子轉(zhuǎn)移方向

展示資料幻燈片：

對自然環(huán)境威脅最大的五種物質(zhì)：鉻、鎘、銅、鉛、汞及對人類造成的危害；

干電池的負極材料：鋅汞齊，1節(jié)1號干電池會使1m2的土地永久實效，而僅我國一年就生產(chǎn)各種電池上億節(jié)。

觀看幻燈片，增強環(huán)保意識

提出問題：

上述各種電池的共同缺陷是什么？如何改進？

分析：

干電池中的汞、蓄電池中的鉛、鎘，三種金屬都是對自然環(huán)境威脅最大的物質(zhì)，都會造成環(huán)境污染。

導出：

燃料電池，展示甲醇、甲烷燃料電池，分析正負極

思考交流：

燃料電池中氧氣得電子，作正極，燃料作負極，并分析電子流動方向。

提出問題：

甲醇、甲烷燃料電池有什么缺陷，你想如何改進？

思考交流：

大量化石燃料的燃燒會生成大量的二氧化碳，造成溫室效應，開發(fā)綠色、清潔燃料。

提出問題：

你認為什么燃料最清潔？

思考交流：

氫氣是最清潔、無污染的燃料。

導出：

氫、氧燃料電池

思考交流：

分析正、負極和電子流動方向。

歸納小結并板書：

[板書設計]：

1．干電池

負極鋅（失電子）

發(fā)生氧化反應

正極碳棒（得電子）發(fā)生還原反應

2．充電電池

負極鉛（失電子）

發(fā)生氧化反應

正極氧化鉛（得電子）發(fā)生還原反應

3．燃料電池

負極燃料（失電子）

發(fā)生氧化反應

正極氧氣（得電子）發(fā)生還原反應

歸納總結交流：

1．干電池

負極鋅（失電子）

發(fā)生氧化反應

正極碳棒（得電子）發(fā)生還原反應

2．充電電池

負極鉛（失電子）

發(fā)生氧化反應

正極氧化鉛（得電子）發(fā)生還原反應

3．燃料電池

負極燃料（失電子）

發(fā)生氧化反應

正極氧氣（得電子）發(fā)生還原反應

[布置作業(yè)]：

分小組制作“化學電源——環(huán)境污染——清潔能源”圖片展，倡導學生自覺組織在校園內(nèi)設置廢舊電池回收箱，定時回收廢舊電池。

六、學習效果評價設計

學生學習評價設計：

發(fā)展中的化學電源課堂評價量規(guī)

內(nèi)容

評價要求

優(yōu)

良

需努力

1．學習態(tài)度

在角色轉(zhuǎn)換中踴躍發(fā)言的次數(shù)

9

6

3次及以下

2．學習方法

在角色轉(zhuǎn)換中分析問題的視角

在角色轉(zhuǎn)換中能夠站在主要矛盾的分析問題視角。

在老師的適當鋪墊下能夠站在主要矛盾的分析問題視角。

被老師牽著鼻子走，沒有自己的思路。

3．綜合能力評價

思路清晰、順暢，能清晰地分析化學電源的正負極，電子流向，在角色轉(zhuǎn)換中，思維活躍，切入點準確，提高了對環(huán)境保護的認識。

思路比較清晰、順暢，基本能清晰地分析化學電源的正負極，電子流向，能夠在限定的時間內(nèi)進行角色轉(zhuǎn)換，并有清晰的思路，提高了對環(huán)境保護的認識。

思路不夠清晰，不能獨立地對化學電源的正負極，電子流向進行準確的分析，在限定的時間內(nèi)進行角色轉(zhuǎn)換時，被別人牽著鼻子走。