歐姆定律實驗中電源電解液的選取

李秀蘭

(華僑中學 廣東 中山 528400)

廣東版高中物理《選修3-1》第三節“閉合電路”中，歐姆定律實驗用稀硫酸做電解液.筆者在教學實踐中摸索出用氯化銨代替稀硫酸效果更佳，并且從環保的層面看，污染小、危害少，更適合綠色校園的教學理念.

1 問題的提出

實驗裝置如圖1所示，玻璃水槽中裝有濃度為8%的稀硫酸溶液，插入玻璃水槽中的銅片和鋅片作為電源的正、負極，U型玻璃管內放入紗布條，倒插入兩水槽中，利用紗布的毛細現象把兩邊水槽中的稀硫酸溶液連成一體，組成一個化學電源.改變紗布條的粗細可以改變電源的內阻，電壓表V2、V1分別用以測量電源的內、外電壓.內電壓通過插在正負電極旁的兩根銅條測量.筆者經過多次實驗得到如下數據：

圖1

(1)將滑動變阻器滑到最大值，斷開S2、S，閉合S1,測得U1=0.65V；

(2)閉合S1、S2、S，并逐漸減小滑動變阻器電阻值，測得數據如表1.

表1 稀硫酸做電解液測量值

可見U內+U外=E的值與開路電壓0.65V相差甚遠.實驗結果難以讓學生信服.物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗是啟迪學生智慧的鑰匙，因此提高實驗的科學性、準確性至關重要.

眾所周知，硫酸腐蝕性強.用濃硫酸配置稀硫酸有一定的危險，實驗過程中這種危險依然存在，而且污染環境;稀硫酸中氫離子濃度變化大使得溶液不穩定，造成實驗數據誤差大、不準確.既然如此，能否用其他電解液替代呢？

2 氯化銨電解液性能穩定誤差小

帶著這些問題，筆者反復做了大量實驗.從眾多的物質中找到氯化銨，其與蒸餾水按質量1∶7的比例配置的電解液效果好.實驗測得數據如下.

按前述步驟1測得U1=0.80V，由步驟2測得數據如表2.

表2 氯化銨溶液做電解液測量值

用氯化銨做電解液實驗數據準確.一是根據化學原理氯化銨電解液中氫離子的濃度變化小，電解液穩定，配置好后放置較長時間，其性能都不會改變；二是誤差小、安全環保，可讓學生自己操作.既可培養動手、動腦能力，又讓學生在學習物理的過程中，體驗科學的嚴謹與學習物理的樂趣.

若用1mol/L濃度的硫酸銅溶液做電解液，由步驟1測得U1=0.72V，由步驟2測得數據如表3.

表3 硫酸銅溶液做電解液測量值

比較表1、表2、表3，顯然用氯化銨溶液做電解液更合適.

3 效果評價

實驗數據表明，用稀硫酸做電解液，實驗數據誤差大、不準確，這是由于在實驗過程中要消耗氫離子，氫離子的濃度變化較大，對測定數據影響較大.而用氯化銨溶液做電解液，反應過程中消耗的氫離子可通過氯化銨的不斷地水解得到補充，氫離子的濃度基本不變，所以實驗測定的數據準確、誤差小.故用氯化銨溶液做電解液進行歐姆定律實驗更科學、合理、操作性強.可變演示實驗為分組實驗，讓學生在實驗中驗證歐姆定律.通過實驗，學生對內、外電路變化規律的理解更透徹，應用歐姆定律解題的能力隨之增強.電學是高考的重要考點，歐姆定律又是電學之基礎.這一實驗教學不管是應試能力，還是綜合素質，包括列表分析的方法，從表達式分析物理量如何變化的方法，實驗操作技能等都得到了提高.