有关原电池的研究性学习案例设计.doc

有关原电池的研究性学习案例设计摘要：1研究目的及意义在中学化学实际教学的综合练习中，常常涉及有关原电池的工作原理等方面一系列问题。特别是随着科学技术的飞速1研究目的及意义在中学化学实际教学的综合练习中，常常涉及有关原电池的工作原理等方面一系列问题。特别是随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高，电池的应用范围越来越广泛。当今的电池工业已能制造出各种各样的实用电池，广泛应用于日常生活和科学技术的各个层面。本课题案例适用于高中二年级学习了第三章第四节之后。教师在学生已有知识基础上实现知识的迁移拓展，使学生巩固掌握原电池的工作原理，认识各种常用原电池的基本构造。在研究过程中，提高学生的科学素养，培养学生的相互配合、相互合作的团队精神。2活动准备(1)提前一周通知学生收集各种常见电池或图片作为标本，包括干电池、可充电电池、钮扣电池、海水电池、燃料电池、太阳电池等。(2)成立研究小组。编组方式可根据学生的特长自由组合，教师也可有目的地安排。小组定员：为了便于交流、沟通与协作，并根据资料、信息分类查询的需要，把全班分成5个小组，每小组10人左右。各小组负责研究的子课题分别为：干电池、可充电电池、钮扣电池、海水电池、燃料电池、太阳电池。各小组研究的子课题内容主要为：基本构造、工作原理和应用范围。小组分工：每小组选出一名同学做课题负责人，小组成员按照特长、爱好、性格进行分工。3活动过程（1）聘请电化学方面的专家为同学做电池方面的报告。（2）学生走访相关方面的专家、到有关部门做调查，做好记录；到市电池工业部门了解相关方面知识。（3）到图书馆、资料室或上网查询有关电池知识的资料。4资料汇总（1）各小组查完资料后，组长组织本组同学汇报各自的研究结果，并请指导教师给予相应指导。（2）小组内部将确认的结果进行筛选、分类、整理，并写出初步的调查报告。（3）小组间进行调查报告的交流、研讨和评价，向其他组征求修改初稿的意见，并认真对待他人意见和建议，写出修改稿。5研究成果汇报5.1小组成果各小组写出自己的调查报告，并在全班交流，班组编制一期墙报展出各小组的研究成果。5.2集体成果将各小组的研究结论进行汇总，出示一份大家认可的调查报告，得出课题结论。5.2.1干电池（以锌锰干电池为例）（1）基本构造：干电池以锌皮制成的圆筒形外壳作负极，顶端附有铜帽的石墨碳棒作正极，它的周围用石墨和二氧化锰的混合物填充固定。正极和负极间装入氯化锌和氯化铵的水溶液作为电解质，为了防止溢出，用浆糊制成糊状物。（2）工作原理：+22+24+=2+23+23+2负极：-2=2+正极：24+2=23+2，22+2=23+2（3）应用范围：干电池是应用于工农业生产及人民生活中最普遍的一种电池。普通锌锰电池生产工艺简单、成本较低，深受人民欢迎，但其电池容量和放电时间均不如碱性锌锰电池。另外，干电池对环境影响较大，一节1号电池烂在地里，它的溶出物可使12的土壤丧失农用价值。5.2.2可充电电池（以氢镍电池为例）（1）基本构造：氢镍电池的正极板材料为（），负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的水溶液，隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。（2）工作原理：1/22+（）=（）2负极：1/22-+-=2正极：（）+2=（）2+-（3）应用范围：氢镍电池是一种新型碱性可充电电池。因充放电循环使用寿命较长，适用于快速充电和大电流放电，减少了其它充电电池中存在的“记忆效应”问题。目前，氢镍电池等小型可充电电池已经占电池总产值的55%左右，已广泛应用于摄像机、移动电话、无绳电话、对讲机、笔记本电脑、各种便携式设备电源和电动工具中。但是，由于充电电池含有重金属元素，如将废旧电池和生活垃圾一起填埋，其重金属物质会污染地下水，进而污染海洋生物、农作物，最终将危害人类。5.2.3钮扣电池（以银锌电池为例）（1）基本构造：银锌钮扣电池是用不锈钢制成的，由正极壳、负极盖、电解质溶液、绝缘密封圈、2和石墨组成的正极活性材料、锌汞合金组成的负极活性材料、隔离膜等部分组成。（2）工作原理：2+=2+负极：（）+2-2=+2+正极：2+2+2=2+2-（3）应用范围：由于钮扣电池体积小、重量轻、耗电最小，因此被广泛应用于电子表、电子计算器、钟表、数码相机等微型精密仪器中。但是，纽扣电池对环境的危害较大。经调查，一粒钮扣电池能使60万升水被污染而无法饮用。5.2.4海水电池（1）基本构造：海水电池以海水为电解质溶液，以铝合金为负极，金属（/）为正极，靠海水中的溶解氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流。（2）工作原理：4+32+62=4（）3负极：4-12=43+正极：32+12+62=12-（3）应用范围：由于海水电池需以海水作为电解质溶液，并且靠海水中的溶解氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流，因此，海水电池主要应用于海上设备（如航标灯）。1991年，我国以铝氧海水为能源的新型海水标志灯已研制成功，只要把这种灯放入海水中数分钟后，就会产生耀眼的闪光，其能量比干电池高2050倍。5.2.5燃料电池（以氢氧燃料电池为例）（1）基本构造：氢氧燃料电池是一种将氢气和空气中的氧气通过电化学过程结合成水，并产生电能的发电装置。其电池的负极是多孔镍电极，通入2，正极为覆盖氧化镍的镍电极，通入2，电解液为。（2）工作原理：22+2=22负极：22+4-4=42正极：2+22+4=4-（3）应用范围：氢氧燃料电池不需要燃料，无转动部件，具有能量转化率高、无污染、无噪音、运行寿命长、可靠性高、维护性能好等特点，受到了国际能源界的广泛关注。1969年，美国“阿波罗号”宇宙飞船登月，飞船上使用的就是氢氧燃料电池。国际能源界预计，随着经济和科学技术的迅猛发展，氢氧燃料电池将成为继水力、火力、核能之后的第四代发电装置。但由于种种技术原因，目前，它主要应用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具中。5.2.6太阳电池（以单晶硅电池为例）（1）基本构造：太阳电池又称光伏电池，是一种可将太阳光能直接转化成电能的半导体装置。它由金属正电极（正极）、减反射膜、硅半导体材料和金属底电极（负极）等基本部分组成。（2）工作原理：由于硅是半导体材料，晶体内部有电子，也有未充电子的空穴，当太阳光照射到电池上时，电子和空穴被分离，太阳电池的两端就出现异号电荷积累，产生光生电压，形成电流。（3）应用范围：太阳电池具有性能稳定、工作可靠、应用方便等特点。1945年，第一个实用硅太阳电池在美国贝尔实验室制成，随即被人造卫星使用。迄今为止，翱翔在太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳电池发电系统，除此之外，太阳电池还应用于交通、邮电、农牧业、轻工业、通讯及军事部门，尤其在输电困难的山区、牧区、沙漠地区更受到人们的欢迎。6学生的收获（1）增强了学生的阅读能力，拓宽了学生的知识面。在活动中学生学会了许多课本中没有的知识。如有关海水电池的工作原理知识是学生在书本中学不到的。（2）提高了学生获取信息、处理信息和使用信息的能力。在活动中，学生通过各种渠道搜集了大量的信息，并对这些信息进行综合处理，最终确定了对所研究课题有价值的信息。（3）提高了学生自学能力、预习能力、动手能力和解决问题的能力。（4）通过活动的开展，学生接受了一次较为完整的科学思维训练，为今后他们进行创造性学习和创造思维的发展积累了经验。（5）通过查询资料，学生了解到，未经处理的电池对环境的污染非常严重，对这些知识的了解，有助于提高学生的环保意识