生活中的物理现象研究.doc

生活中的物理现象研究
组长：王润喆
组员：尚宇航 曹学武 张子韬 刘喆 梁林 冀风华 孙琪琳

在我们现代的生活中，无论做什么事，都离不开电。开始，人们只是在有电源插销的地方使用。但随着科技的不断进步，电，这一种当今社会最重要的能源开始被人存放在更方便携带的物品中。现如今我们管它叫做电池。电池的出现给人类用电提供了极大的方便之处。当然，他也有它的不足之处。那就是人类无法在户外长期的使用电池。在我们使用电池一段时间之后，他将在也不能为我们的电子器件提供能量。那么，电池究竟是因为什么原因才不再向外“放电”呢？这就是我们今天所要讲述的问题。

做实验我们要先知道电池的工作原理。通过上网查资料我们得知：在电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。
正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。
当外电路断开时，两极之间虽然有电位差(开路电压)，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。
同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成。因此，电池内部正常的电荷传递和物质传递过程是保证正常输出电能的必要条件。
总之就是说对于研究这个问题，电源的电解液是最重要的。那么对于基础性的研究我们不妨先假设成为电池没电的原因是因为其电解液无法导电而造成的。下面就要以这个为目的来进行第一步实验。
在我们的实验目的明确之后，我们就要开始试验了。在这之前，我们需要做好相应的准备我们要有小灯、“没有电”的一号电池、导线、蜡烛、铁丁、食盐。首先，我们要将食盐溶解在水中，放置在玻璃器皿中。然后用铁钉在一号电池的负极处扎一个小洞。注意不要让电解液沾到皮肤。然后将先前配制好的食盐水由小洞注入电池内部。熔化蜡烛，用蜡烛封住电池负极的小洞。将一节电池并入处理好的电池两极。如果我们的猜想是正确的话，那么实验结果必然是小灯会由于电池的放电而亮起来。如果不是，我们就只能重新学期理论的支持，重新猜想重新试验。结果是令人高兴的。我们发现已然被认定没有电的电池竟然又使小灯亮了起来。但我们刚高兴一会，灯又突然的灭了。经过多次的重复试验，结果都是小灯亮了一会便又黯淡了下去。
由以上的现象我们得出，小灯不亮的原因确实是因为电池内部的电解液不会进行导电，或者说是，导电能力差，以至于所产生的电功无法满足电子器件的工作需求。所以对外表现出不放电，或亦是少，人们不易察觉。
现在我们已经知道了电池为什么会没有电了，在我们组内成员的讨论下，我们又有了一个新的问题。“既然没电的原因是因为电池不导电，那就是说原因是因为电池内部的电阻太大了，那我们有什么方法来计算它么？”
在新一轮的查资料中，我们又知道了“放电”还与电动势能有关。于是就开始了对这两个物理量的理论计算。
基本方法一（两表一变阻）
如图1 如图2

1.从函数的角度：，这里E（电源电动势）、r（内电阻）为定值，I、U为变量。因此有：，为一线型函数，因此可以通过图解法找斜率和纵截距找到E和r，注意读斜率时数学上的东西拿到物理上要注意初始状态。
2.从方程的角度：，这里E、r为变量，U、I为定值。所以得出解方程。
基本方法二（一表两定阻）

1.从函数的角度：，这里E（电源电动势）、r（内电阻）为定值，I、R为变量。因此有：，唯一直线型函数，因此可以通过图解法找斜率和纵截距找到E和r，注意读斜率时数学上的东西拿到物理上要注意初始状态。
2.从方程的角度：，这里E、r为变量，I、R为定值所以得解方程。
精确测量的方法

要测量一个电源的电动势，原则上可以采用下图的电路。期中是待测电源，是可以调节电动势大小的电源，两个电源通过检流计G反接在一起。当调节电动势的大小，使检流计的指针不偏转时（电路中无电流），两个电源的电动势大小相等，互相补偿，即=。这时，我们说电路达到平衡。知道了平衡状态下的大小，就可以有上式确定待测电动势，这种测量方法叫做补偿法。

在这个电路里，供电电源、制流电阻R（调节R可以改变供电电源的输出电流）和滑线电阻AB所组成的回路，它实质上是一个分压器。电流流过滑线电阻时，电势从A到B逐点下降，在A、B之间拨动接触头C，就可以改变A、C一段电阻两端的电压，这电压就是用来代替可调电动势的。AGC一段支路叫做补偿回路，它和上图中和G组成的一段电路相当。由前面所说的补偿原理可知，只要滑线电阻两端的总电压，就一定能找到滑动接触头C的一个位置，使检流计G指针不偏转，亦即使补偿回路达到平衡。这时，
。式中表示AC一段电阻的阻值，I表示流过滑线电阻AB的电流，通常叫做辅助回路的工作电流。当和I为已知时，根据公式可以求得待测电动势,进而还可以继续设计电路测出内阻r。
参考文献：
1. 高中物理选修3-1
2. 新概念电磁学教程
3. 大学物理上