六中物理学生成果2

初三物理课题报告组 指导老师：周大勇 顾启航

组长：何伟奇 组员：石既聪 姜盈旺

[课题背景]

自从电池产生以来，电池对于人类社会产生了不可估量的影响。电池以其方便、小巧、可移动性强的特点，给人们生活带来了极大便利。

然而现在市面上的电池琳琅满目。就生产公司而言，现在市面上能见到的不同的品牌电池有南孚、三圈、双鹿等数十种；就型号而言，有一号、五号、七号等常见型号；就材料而言，有锌锰电池、氢镍电池、镉镍电池、锂电池等??通过调查发现，许多消费者在电池的选择上缺乏科学的认识。

电池质量也成为了一大问题。质量低劣的电池在使用过程中可能发生泄露、爆炸等情况，引起事故。据调查，曾有一段时间，市面上的南孚电池平均每四节就有一节是假冒产品。为此，南孚公司做了大量工作，包括推出聚能环电池作为防伪标志。电池市场存在着暴利空间，这是使假冒产品充斥市场的原因。

电池的需求量不断增大，也造成了环境问题。电池含有镉、汞等重金属，随意丢弃会造成环境污染。

本着对日常生活的关注，为了增加对电池的了解，我们课题组选定了这个“关于电池研究”的课题。

[资料收集]

①电池简介

电池是一种能量转化与储存的装置。它通过反应将化学能或物理能转化为电能。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，它们可以导电，并在“极板”之间产生一定电动势，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能。电动势大小（或电压）与所使用的金属有关，不同种类的电池其电动势也不同。

电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时，电池非静电力（化学力）所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。在电池反应中，1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行，同时电池内阻也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高能电池。电池的面积越大，其内阻越小。

电池的能量储存有限，电池所能输出的总电荷量叫做它的容量，通常用安培小时作单位，它也是电池的一个性能参数。电池的容量与电极物质的数量有关，即与电极的体积有关。

②电池常见种类

碱性电池 南孚聚能环、三圈霸道是碱性电池，亦称为碱性干电池、碱性锌锰电池、碱锰电池，是锌锰电池系列中性能最优的品种。适用于需放电量大及长时间使用。电池内阻较低，因此产生之电流较一般锰电池为大，而环保型含汞量只有0.025%，无须回收。碱性电池是最成功的高容量干电池，也是目前最具性能价格比的电池之一。 碳性电池 普通三圈是碳性电池，就是干电池。干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池。因为这种化学电源装置其电解质是一种不能流动的糊状物，所以叫做干电池，这是相对于具有可流动电解质的电池说的。干电池不仅适用于手电筒、半导体收音机、收录机、照相机、电子钟、玩具等，而且也适用于国防、科研、电信、航海、航空、医学等国民经济中的各个领域。

一次性电池和可充电电池 一次性电池俗称“用完即弃”电池，因为它们的电量耗尽后，无法再充电使用，只能丢弃。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。

可充电电池按制作材料和工艺上的不同，常见的有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池。其优点是循环寿命长，它们可全充放电200多次，有些可充电电池的负荷力要比大部分一次性电池高。普通镍镉、镍氢电池使用中，特有的记忆效应，造成使用上的不便，常常引起提前失效。

③电池与环保

汞的毒性 汞即我们俗称的“水银”，是一种常温下为液体的物质，可以阻止电池中阴极金属锌的氧化，这一作法提高了电池的贮存寿命。但是汞和汞的化合都具有神经毒性，对内分泌系统，免疫系统等也有不良影响，它会引发人的口齿不清、步态不稳、四肢麻痹，最后导致全身痉挛，精神失常而死。

镉的毒性 镉不是人体所必需的痕量元素，新生婴儿体内并没有镉，而是随着年龄的增长，逐渐累积起来的。镉具有肾毒性，它所致的肾损伤是不可逆的。同时肾损伤后还可能继发骨质疏松、软骨症和骨折。在1993年，国际抗癌联盟就将镉定为IA级致癌物。基于以上原因，许多发达国家已建议禁止使用镉镍电池而镍氢电池已取代镉镍电池，避免了镉的使用。而我国的绝大多数电池生产企业仍用镉作为生产电池的原料，使得电池的危害进一步加大。

废电池的回收 废电池虽小，危害却甚大。但是，由于废电池污染不象垃圾、空气和水污染那样可以凭感官感觉得到，具有很大的隐蔽性，所以没有得到应有的重视。目前，我国以成为电池生产和消费的大国，废电池污染是迫切需要解决的一个重大环境问题。国外发达国家对废电池的回收与利用极为重视。而我国目前在这方面的管理相当薄弱。

[实验探究]

实验1

两种常见电池寿命的比较

[问题陈述]

在电视上经常听到广告：“南孚电池，一节更比6节强，电量是普通KK电池的6.6倍”是否这种电池真的有如此大的优势？ [问题假设]

因为广告总有夸大的成分，我们假设：南孚电池寿命约为最常用的KK电池----普通三圈碳性电池的5倍。 [实验器材]

秒表，三副新南孚电池，三副新普通三圈电池，（所有电池生产月份相同）一辆玩具赛车，圆环型轨道。 [实验步骤]

1． 调整好轨道，将玩具赛车装上南孚电池，将车放入轨道中行驶并开始记时。

2． 待赛车逐渐减慢速度直到完全停止后，记录下时间并取下电池。

3． 等赛车马达完全冷却后，装上三圈电池并按步骤1、2做。

4． 再用新的电池重复以上步骤做二组重复实验，实验结果取平均值。

[实验结果]

电池类型 南孚聚能环 三圈电池 使用时间(min) 32.4 8.7 南孚电池在赛车上的使用寿命约为普通三圈电池的4倍。 [结论与误差分析]

实验表明南孚聚能环电池的寿命约为普通三圈电池的4倍，这与广告中所说“是普通KK电池的6.6倍”有一定距离，也与原先的假设不符。

实验中南孚电池在赛车上不停工作的时间较长，温度比三圈电池高得多，可能影响电池的使用情况。此外，由于“聚能环”属于碱性电池，比碳性电池在赛车这样的大功率下工作更有优势，并且两种电池最后都会有一定的电量无法耗完。这些可能都会引起结果的偏差。

实验2

多“休息”能延长电池寿命吗？

[问题陈述]

在小时候玩赛车时，我们常常发现这样的现象：当一副电池已经电量将尽，无法使赛车继续开动时，我们将电池取下；过几分钟再放上赛车后，电池又能支持赛车行驶一段距离。这是为什么呢？是中间短暂的“休息”使电池寿命增加了吗？如果这样，是否多一些“休息”就能多延长一些寿命呢？

[问题假设]

适当的“休息”能延长电池的寿命。（我们认为，同一种电池能使赛车开动的最小电量是一定的，即超过这个电量可以使赛车开动，低于它则不能。）

[实验器材]

秒表，九副同一类型新电池，（所有电池生产月份相同）一辆玩具赛车，圆环型轨道。 [实验步骤]

1． 调整轨道，将玩具赛车装上电池，将车放入轨道行驶中并开始记时。

2． 待赛车逐渐减慢速度直到完全停止后，记录下时间并取下电池。

3． 等赛车马达完全冷却后，装上新电池，并放入轨道中行驶。每行使4分钟时让赛车停止，暂停秒表。两

分钟后再继续记时并开动赛车。

4． 重复步骤3直到赛车无法行驶，记录下此时秒表上的时间。 5． 再做步骤3、4，将每次行驶的时间改为2分钟。

6． 重复以上步骤三次，结果取平均值。

[实验结果]

连续工作时间 连续工作 每次4分钟 每次2分钟 总工作时间(min) 8.8 8.9 8.6 无论是否“休息”、过多长时间“休息”，电池在赛车上的使用寿命基本相同。 [结论与误差分析]

实验表明“休息”对延长电池寿命并没有显著的效果，与我们原先的假设不同。实验三组结果相近，并且每工作2分钟休息时电池平均寿命还比连续工作更短，或许直观的感受并不一定是最正确的。

实验中，每次工作4分钟与2分钟时，赛车再次开动后的发动机已经部分冷却，并且每次工作2分钟的实验组开、关比较频繁，根据初中学习的有关电灯的知识，可能冷却后再开动马达需要耗费更多电量，可能造成误差。

[

课题总结]

通过此次课题研究，我们对于电池有了更多的了解。为此，我们提出以下建议：

（1）科学地使用电池。干电池及充电电池不要在机器里放置过久，以防电池破损漏出液体而腐蚀损坏机身。对于使用可充电锂电池的产品而言，每次使用的时候，最好是在用完全部电后再充电，不然电池的记忆效应可能导致电池寿命缩短。

注意事项：

①检查电器和电池接触件是否清洁，必要时用湿布擦净，待干燥后按正确极性装入； ②不要将新旧电池混用，同一种型号但不同种类的电池也不能混用； ③不能用加热、充电或其它的方法使一次电池再生； ④不能将电池短路；

⑤不要拆卸电池、不要加热电池；

⑥用电器具使用后应切断开关，长期不用应取出电池。

（2）鼓励使用环保碱性电池。碳性电池含有“汞、镉、铅”等重金属，对环境的危害很大；而环保碱性电池采用不同于碳性电池的电解材料和内部结构，不含汞、镉、铅等对环境有危害的重金属物质。而且电池电量比碳性电池高，使用时间长。鼓励使用环保碱性电池，降低废弃碳性电池对环境的污染。

我们需要一个良好、节能的社会。我们对于电池的研究，也是希望能使大家从力所能及的小事做起，合理使用电池，不随意丢弃电池。这也是我们每一个人为保护地球环境应尽的义务。

在探究过程中，我们巩固了已有的化学知识，拓宽了知识面；学会了解决一些实际问题，逐步培养创新精神和实践能力；学会了在网上查找和搜集材料；通过收集文字材料和数据的过程，掌握了对资料收集、筛选、归纳的方法；学会了自主学习、合作学习、研究性学习；感受电池的发现和发展历程，获得了成功的启示和经验。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/igy.html