谈谈闭合电路闭合电路中ε=U内+U外教学演示实验设计

闭合电路中ε=U内+U外是电学中的一条重要规律，可是比较抽象，学生理解起来比较困难，所以教学中做好演示实验、帮助学生理解概念、总结规律是本节教学成功的关键。然而教材中给的实验并没有具体说明如何制作实验用的电池，现就此阐述如下：
1.制容器：按图1尺寸，用厚约3mm的透明有机玻璃做容器。中间用厚度相同的有机玻璃做隔板，隔板中心钻一个1mm小孔，容器胶合时接缝处要求平整、密合、不渗水（目的是增加电池内阻）。
2.配液：在自制玻璃容器内放入1000mL蒸馏水，加入98%的浓硫酸12mL，配成浓度1.2%的稀硫酸溶液，同时加入适量5%的高锰酸钾，使溶液呈淡紫色即可（高锰酸钾是去极剂，可延长电源工作时间）。将配好的溶液充分搅拌后静置几分钟待用。
3.制电极、探针：取厚1mm、宽40mm、长100mm的锌板一片、铜板三片，用砂纸把锌板表面上的氧化物和附着物擦去，使锌板表面平整。用蒸馏水冲洗锌板，把它的一端立在盛有浓度为5%～10%硫酸溶液和几滴水银的盘里，水银碰到锌板就黏附在锌板上。用牙刷或夹有抹布的木棍把黏附在锌板上的水银抹开，如锌板上有斑点（水银抹不上），可用小刀把它刮净，再涂水银（此过程叫汞齐化。原因是由于没有纯净的锌板，将不纯的锌板放入稀硫酸溶液中后，锌板中的杂质——铁、碳等在酸液中形成微电池，造成锌板上出现大量氢气泡，阻止锌与酸的正常化学反应进行，使电压逐渐下降。用汞齐化后，水银把锌板中的杂质和酸液隔开，锌板上就不易出现气泡）。把另外的三片铜板也打磨干净，如图（2）安装。
其中塑料纱网的作用是：（1）尽量让铜板与锌板及铜板与铜板靠近，但又不能接触，使测得的内电压接近于全部内阻上的电压；（2）纱网的孔大，锌离子容易进入溶液，使化学反应顺利进行。
4.连接电路：将制好的电极，如图3放入配好电解液的容器中。锌板为电源的负极，铜板C为电源的正极，铜板A、B相当于两个探针，如图（3）连接电路。本电源的电动势大约为1.0V，内阻约40～50Ω（内阻主要取决于硫酸溶液的浓度及中间隔板孔径的大小）。所用的伏特表的量程最好改装为1.5 V左右，并将两个伏特表校准，使之有相同的准确度，滑动变阻器的全阻值100 Ω左右调节方便。
本实验的电动势较稳定，内阻也较大，能很好地说明电动势与内、外电压的关系——ε=U内+U外。
本人的一次实验数据如下表所示：供参考。
数据说明：外电路开路时，只接V2，内电压不等于零，原因是由于中间两探针处于锌板与铜板C之间的电场中，两探针间有一定的电势差。
接V1时，U1≠ε，原因是V1的电阻再大也必有电流通过，其连接导线也有电阻分压，V1测得的是V1内阻分得的电压。V1、V2均接入，U内偏大一点，是由于电路中有微弱电流通过，造成U2读数偏大。外电路短路时，U内略小于ε，原因是两探针间内阻不是整个电池的内阻造成的。外电阻存在时，U内+U外略小于ε，也是由于U内测的不是整个内阻上的电压及导线分压所致。
（作者单位 河北省张家口市宣化第一中学） 学位论文www.618jyw.com