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数字实验兴趣小组探究课例

——利用传感器探究电池中能量的转化

人教版九年级化学课本第七单元有一张不同种能量（风能、水能、化石能源）转化成电能的图片。笔者在讲授这部分的内容的时候，有学生问到电池中的能量转化问题，进一步调查发现大多数学生对电池这种身边常见的物质还是有极大的兴趣的。加之，我校化学组正在进行数字实验在初中化学教学中应用的省级课题研究，成立了一个数字实验的兴趣小组；因此，我们进行了一次针对电池中能量转化的实验探究课。

一、知识铺垫

由于原电池是高中的内容，所以有必要在探究前，给学生以必要的知识铺垫，先让学生了解原电池的工作原理。

【教师】电池是可以将化学能转变成电能的装置，那么如何制作一个电池呢？

【教师】（展示原电池的图片）原电池本质是一个氧化还原反应，我们知道氧化还原反应是有电子的转移的，电子的定向移动就形成了电流。大家看这张图片，镁是比铜活泼的金属，所以镁这一极失去电子，电子通过导线转移到了铜这一极，所以就有电流经过了电流计，这两根电极都放在了稀硫酸溶液中，稀硫酸是导电行的溶液，这就形成了一个闭合的回路，也就是形成了一个电池，大家明白了么？

【学生】噢！那么哪一极是正极，哪一极是负极呢？

【教师】你们物理课上应该讲过正电荷的运动方向是电流方向，电流从正极流出，流入负极对不对！？

【学生】嗯，是的。

【教师】实际上导线中真正运动的是带负电荷的电子，正电荷是不运动的，电子实际上是从负极流向正极的。所以，你们能判断出哪一极是正极么？

【生1】（举手）镁这一极有电子流出应该是负极，铜这一极有电子流入应该是正极。

【教师】非常好！那么在这个过程中，能量是如何转化的呢？也就是化学能转化成了哪些能量呢？

【生2】（举手）既然是电池，化学能肯定转化成了电能！

【教师】恩！这个是显然的，还有没有其他能量呢？

【生3】我觉得还可能有热能！

【教师】（追问）为什么？

【生3】因为电路一旦出现短路的情况，电线往往会燃烧，这说明在这个过程中产生了大量的热，所以我猜想肯定会有热能。

【教师】这个推理非常好，请大家给予他掌声鼓励！

（学生兴高采烈地鼓掌……）

【教师】下面请大家根据老师提供的实验器材和药品，设计实验方案并进行验证。

二、实验探究

1.实验药品和仪器：

计算机、LoggerPro软件、温度传感器、数据采集器、电压传感器、电/流计、小灯泡、1mol/L硫酸铜溶液、镁条、铜片。

2.实验方案

（以下为学生设计的实验方案，教师略加修改）

（1）提出问题：电池中的化学能转化成了哪些其他形式的能量？

（2）猜想假设：转化成了电能、热能等形式

（3）设计实验步骤，进行实验：

①向50mL烧杯中注入40mL1mol/LCuSO溶液，将铜片和镁条浸入得到4了一个简易的化学电池，再将电压传感器接入电路（如下图所示）。

②用导线将电压传感器上的红色一端（正极）与铜条连接，黑色一端（负极）与镁条连接。

③将计算机、电压传感器、数据采集器三者相连接。打开”LoggerPro”软件，记录。

④将正负极交换，再测一次。

（4）实验数据记录：

（5）解释与结论：

【教师】这两个金属之间存在1.42伏特的电压，说明了什么呢?

【生4】说明这两个金属之间存在电压，那么连接这两个金属的导线之间肯定存在着电流。

【教师】（追问）很好！这个还能证明这个过程中能量如何转化的呢？

【生4】证明了有化学能转化成了电能。

【教师】非常好！那么如何设计实验证明是否有热量产生呢？

【生5】用温度传感器测电池工作过程中，溶液中温度是否改变就可以了。

（6）继续实验：

拆下电压传感器，接入电流计或小灯泡，将温度传感器放入大烧杯中，连接数据采集器，记录数据。

（7）实验结果：

（8）解释与结论：

【教师】通过这个数据，同学们能得出什么结论呢？

【生6】（举手回答）我看到温度升高了，这说明溶液中有些能量转化成了热能。

【教师总结】通过以上实验，我们成功证明了，电池在工作过程中化学能转化成了电能和热能。还有没有转化成其他形式的能量呢？这个希望同学们升入高中或者大学有机会再继续探究！

三、课堂总结及反思

对于初三学生来说，化学是新奇有趣的一门学科，教师要利用各种手段提高学生对化学学习的兴趣。其次，利用传感器对教材内容进行适度地拓展，不仅可以让学生更科学地理解课本知识，还为学生进入高中进一步学习打下坚实的基础。所以，这就是我们进行《数字实验在初中化学教学中应用的实践研究》这个课题研究的目的。