跨学科实践 调查电池的发展并制作水果电池
跨学科实践 答案 P33
项目主题 调查电池的发展并制作水果电池
项目情境 物理学家伏打发明了世界上最早的电池——伏打电堆，由此开启了人类研制电池、使用电池的时代。随着社会的发展，各行各业对各种电池的需求量与日俱增，技术要求也越来越高，电池产业正在不断发展壮大。请你和小星一起进行探索吧！
活动任务一 了解电池的发展史，思考其中运用了哪些学科知识
小星查阅资料，总结出了电池的发展历程，如图所示。了解到电池的发展涉及化学、物理学、材料科学、工程学、环境科学等多个领域的知识。
意大利科学家伏打用锌、铜和盐水制成最早的化学电池——伏打电堆
1800年
1859年 普兰特发明可充电电池——铅酸蓄电池
1887年 赫勒森发明了最早的干电池，使电池便携化
1991年 基于约翰·古迪纳夫等人的研究，索尼公司把锂离子电池商业化，便携式电子设备爆发式增长
未来趋势 全固态电池
驱动性问题一 1 小星根据资料，自制了“伏打电堆”，连接了如图甲所示电路，闭合开关，灯泡发光，电压表指针右偏，金属B是电源的（填“正极”或“负极”），“伏打电堆”相当于电路中的，此时它将能转化为能。
活动任务二 自制水果电池
实验原理：水果中的酸性汁液（如柠檬酸）作为电解质，金属片（如铜和铁）作为电极，发生化学反应产生电流。
实验器材：水果（如苹果、橙子等）、不同的金属片（如铁片、铜片等）、导线、开关、电压表等。
实验步骤：拿一个苹果，将铜片和铁片平行插入苹果中，把电压表连接在电路中，就制成了如图乙所示的水果电池。
驱动性问题二 2.1 闭合开关S，电压表的示数如图丙所示，由此可知此时水果电池的正极是片，负极是片，该水果电池的电压为V。
2.2 佳佳老师告诉小星，把电压表换成发光二极管也可以判断水果电池的正负极，于是小星制作如图丁所示的水果电池。由此可知金属片A是水果电池的（填“正极”或“负极”）；断开开关，将发光二极管正负极接线对调后，发光二极管不发光，此时发光二极管两端（填“有”或“没有”）电压。（已知：电流只有从正极流入发光二极管时，才能使发光二极管发光）
2.3 小星换用其他水果和金属片，制成如图戊所示水果电池。该水果电池的电压为V。她用铝片C代替铜片A接入电路，发现电压表指针偏至“0”刻度线左侧，据此你能提出的猜想是。
活动任务三 小星想探究影响水果电池电压大小的因素，她提出了如下猜想。
猜想一：水果电池电压可能与水果的种类有关；
猜想二：水果电池电压可能与正、负极板的材料有关；
为验证猜想，她在不同水果中插入不同金属制成的极板，并保持两极板间的距离、极板插入水果的深度不变，分别测出电压，实验记录如表1所示。
表1
|实验序号|水果种类|两极板间电压$U/\mathrm{V}$| | |
|----|----|----|----|----|
| | |铁、锌|铁、铜|铜、锌|
|1|苹果|0.6|0.7|1.0|
|2|菠萝|0.5|0.6|0.9|
|3|梨|0.4|0.5|0.8|
|4|橙子|0.7|0.8|1.1|
表2
|苹果大小/个|1|$\frac{3}{4}$|$\frac{1}{2}$|$\frac{1}{4}$|
|----|----|----|----|----|
|测得的电压/V|0.27|0.28|0.26|0.28|
驱动性问题三 3.1 分析实验数据可知：①猜想一是（填“正确”或“错误”）的；②表中效果最好的两极板材料是。
3.2 小星在实验中将两极板插入水果更深些，发现电压表示数发生了变化。由此你还可以提出一个可探究的科学问题：水果电池的电压可能与有关。
3.3 小星又提出猜想：水果电池的电压与水果大小有关。她将苹果依次切去一部分来做实验，并记录数据如表2所示，该实验说明。

1 正极 电源 化学 电
2.1 铜 铁 0.6
2.2 正极 有
2.3 1.5 水果电池的正负极和金属电极的材料有关
3.1 ①正确 ②铜、锌
3.2 两极板插入水果的深度
3.3 水果电池的电压与水果大小无关

【分析】
本题围绕电池发展与水果电池制作展开，需结合电压表使用规则、电源性质、水果电池原理及实验探究的控制变量法解答：1. 电源正负极判断：电压表指针右偏说明电流从正接线柱流入，对应电源正极；2. 化学电池能量转化：工作时将化学能转化为电能；3. 水果电池正负极：电压表正接线柱接的是正极，二极管仅电流从正极流入时发光；4. 实验探究：通过控制变量法分析数据验证猜想、得出结论。
【解析】
1. 闭合开关后灯泡发光，电压表指针右偏，说明电流从电压表正接线柱流入，故金属B是电源的正极；伏打电堆为电路提供电能，相当于电源；化学电池工作时将化学能转化为电能。
2. 2.1 电压表选用0~3V量程，分度值0.1V，示数为0.6V；电压表正接线柱接铜片，因此铜片是水果电池正极，铁片是负极。
2.2 发光二极管仅电流从正极流入时发光，图丁中二极管发光，说明金属片A是正极；断开开关后，水果电池仍存在电压，仅二极管正负极对调后不导通，故二极管两端有电压。
2.3 结合实验数据，水果电池电压为1.5V；换用铝片代替铜片时电压表指针左偏（电流方向改变），猜想：水果电池的正负极和金属电极的材料有关。
3. 3.1 ①不同水果（苹果、菠萝等），相同极板材料时电压不同，故猜想一正确；②相同水果中，铜、锌极板的电压最高，效果最好。
3.2 实验中改变了两极板插入水果的深度，可探究问题：水果电池的电压可能与两极板插入水果的深度有关。
3.3 表2中水果大小变化时，电压基本不变，说明水果电池的电压与水果大小无关。
【答案】
正极；电源；化学；电；铜；铁；0.6；正极；有；1.5；水果电池的正负极和金属电极的材料有关；正确；铜、锌；两极板插入水果的深度；水果电池的电压与水果大小无关
【知识点】
电路的基本概念；水果电池的原理；实验探究方法
【点评】
本题为跨学科实践题，融合物理电路、化学电池及实验探究知识，重点考查学生对基础知识点的应用和数据处理能力，需掌握电压表使用、电源判断等核心内容。
【难度系数】
0.5