师:同学们好,老师好,请坐,谢谢。据最新报道,华为荣耀发布了一款新的折叠屏手机,它创下了全新轻薄纪录。大家看到折叠手机都很感兴趣,都想拥有一款。但实际上,我们目前的折叠手机并不能做到真正的任意折叠,只能朝某个方向折叠。那么限制折叠手机进一步发展的关键在哪里呢?其实是电池。科学家们正在致力于研究一种轻薄、可折叠且能储存大容量电量的电池。如果研制成功并应用到折叠手机中,那将会是手机等电子产品的重大进步。我们非常期待这种电池,我们把它叫做“paper battery”,什么意思呢?纸电池,很好。下面请同学们通过观看一则视频,来了解一下什么是纸电池。
一张纸可以用来画画、写字或者折个小玩意儿,但要是说用它来储存电量,是不是有点像痴人说梦呢?不过,瑞典林雪平大学实验室的研究人员就真的研制出了纸电池,而且这张纸能够储存一法拉的电量,相当于一个超级电容器。纸电池是采用纳米纤维素制成的,经过高压水柱作用,纤维素会分解成直径20纳米的纤维。之后在外层覆盖一层带电聚苯乙烯塑料的水溶液,它就能储存电量了。它直径为15厘米,厚度只有零点几毫米,真正是薄如蝉翼的纸电池。是不是觉得它很神奇?那我们想不想亲自制作一下纸电池呢?好,今天我们就以纸电池的制作为项目来完成,一起追随科学家的步伐,探寻纸电池的奥秘。纸电池也是电池,它的工作原理应该与我们熟悉的原电池一样。所以在正式制作纸电池之前,我想请同学们回顾一下构成原电池的条件有哪些?请同学们回想一下,哪位同学可以回答?好,这位同学请回答。
生:构成原电池的条件有三个,一是具有两个活性不同的电极;二是具有电解质溶液;三是两电极间能形成闭合回路,既可以直接相连,也可以用导线连接。
师:很好,说得非常好,请坐。当然,前提应该是要有一个自发的氧化还原反应,比如我们熟悉的锌铜稀硫酸原电池,锌在负极失电子,通过导线转移到铜极表面,氢离子定向地向铜极表面移动,得到电子产生氢气,接下来就成功地将化学能转变成了电能,锂电池工作原理也是如此。好,下面我们开始正式制作纸电池。老师为同学们提供了以下仪器和试剂:锌片、铜片、滤纸和2摩每升的稀硫酸,这是我们主要用到的仪器和试剂。培养皿、手套、镊子是辅助用具。由于同学们是初次尝试制作纸电池,老师温馨提醒几点:在实验操作过程中,组长戴好手套负责主要操作,其他同学协助,因为硫酸有腐蚀性,要戴好手套。每个小组都有两个培养皿,一大一小,大的培养皿用来装稀硫酸,小的培养皿可以倒扣在桌面上。我们用稀硫酸浸泡滤纸,然后用小的培养皿放置纸电池。特别注意,我们的锌片和铜片应该放在两层滤纸中间,这是纸电池的简单模型。为了让锌片和铜片更好地贴近滤纸,比如两张滤纸要分开浸湿,先浸湿一张放在上面,再放锌片和铜片,然后再浸湿另一张滤纸,尽可能充分地叠放在上面,大家大致清楚了吗?
在整个实验过程中,我们要规范操作,仔细观察,仪器和试剂尽量及时摆放整齐,保持桌面整洁,好不好?下面请各小组开始进行操作,制作一个简易的纸电池模型。其他同学可以在旁协助,比如用镊子帮忙夹取滤纸之类的,如果不碰到酸的东西,用手碰也没关系。其他同学还可以帮忙找锌片、铜片、滤纸等,先制作刚刚说的简易模型,仪器先可以不动。对,这位同学操作很细心,标签是朝向手心的。这组完成得很顺利,其他同学可以帮忙拿一下不好拿的滤纸。
好,导线可以先不连,我们先制作一个没有构成闭合回路的纸电池。第一小组已经完成,其他完成的小组请组长举手。第一小组,好,第二小组也举手了。第三小组,好,很快了。好,放下。嗯,不错,放下。第四小组也快了。对,不错,尽可能叠放整齐一点,接触充分一点。好,举手示意,好,不错,第四小组完成。好,第三小组完成。好,不错。现在每个小组都制作出了一个简易的纸电池,暂时还没有构成闭合回路。那我们制作的这个纸电池是不是原电池呢?我们需要验证一下,所以可以去测一下它有没有电流。接下来我们就来测一下电流,大家不要着急,我先给大家介绍一下,今天测电流用的是一款电流电压传感器,大家可以把它从袋子里拿出来,旁边的同学帮忙拿出来后按一下红色按钮开机。对,这样开机。如果不好放,可以把后面灰色的盖子打开,斜放在桌面上就行,其他按钮先不动。
我们今天主要测电流,线已经接好了,这边接正极,这边接负极,和平时测的一样,红线接正极,黑线接负极。其他的暂时不用管。由于纸电池的电流在短时间内很难稳定下来,不方便观察,所以等会儿我们读显示屏下面向上箭头所表示的电流最大值,并记录下来,注意单位,有的是μA,有的是mA。好,请同学们开始测量刚刚制作的纸电池的电流,并请实验记录员将结果记录下来,尽可能让两个探头与正负极接触充分一点。嗯,我看一下第三小组的数值,实验记录员报一下这组的数字。
生:559.493微安。
师:嗯,不错。第一小组请实验记录员汇报一下你们的数据,站起来说。
生:1.540毫安。
师:好,请坐。第二小组。
生:462.5微安。
师:好,请坐。第三小组是559.493微安,对吧?好,请坐。第四小组。
生:1.550毫安。
师:好,不错,请坐。首先,每个小组制作的纸电池都有电流,虽然数值不一样,这和每个人的操作、叠放整齐度等都有关系,很正常。那么如何评价这个纸电池的效能呢?我们可以连接一个小的发光二极管测试一下,大家找一下发光二极管,在一个小袋子里装着,再找出两根导线。各小组同学看一下,我们制作的纸电池的电流能不能点亮发光二极管呢?可以尝试一下。提醒一下,由于发光二极管具有单向导电性,同学们连接的时候正反两个方向都试一下,旁边同学协助一下,比如用镊子帮忙按一下,防止锌片、铜片把薄滤纸翘起来。好,有没有亮?有没有现象?
