欧姆定律实验中电源电解液的选取

李秀兰

(华侨中学 广东 中山 528400)

广东版高中物理《选修3-1》第三节“闭合电路”中，欧姆定律实验用稀硫酸做电解液.笔者在教学实践中摸索出用氯化铵代替稀硫酸效果更佳，并且从环保的层面看，污染小、危害少，更适合绿色校园的教学理念.

1 问题的提出

实验装置如图1所示，玻璃水槽中装有浓度为8%的稀硫酸溶液，插入玻璃水槽中的铜片和锌片作为电源的正、负极，U型玻璃管内放入纱布条，倒插入两水槽中，利用纱布的毛细现象把两边水槽中的稀硫酸溶液连成一体，组成一个化学电源.改变纱布条的粗细可以改变电源的内阻，电压表V2、V1分别用以测量电源的内、外电压.内电压通过插在正负电极旁的两根铜条测量.笔者经过多次实验得到如下数据：

图1

(1)将滑动变阻器滑到最大值，断开S2、S，闭合S1,测得U1=0.65V；

(2)闭合S1、S2、S，并逐渐减小滑动变阻器电阻值，测得数据如表1.

表1 稀硫酸做电解液测量值

可见U内+U外=E的值与开路电压0.65V相差甚远.实验结果难以让学生信服.物理学是一门以实验为基础的学科，物理实验是启迪学生智慧的钥匙，因此提高实验的科学性、准确性至关重要.

众所周知，硫酸腐蚀性强.用浓硫酸配置稀硫酸有一定的危险，实验过程中这种危险依然存在，而且污染环境;稀硫酸中氢离子浓度变化大使得溶液不稳定，造成实验数据误差大、不准确.既然如此，能否用其他电解液替代呢？

2 氯化铵电解液性能稳定误差小

带着这些问题，笔者反复做了大量实验.从众多的物质中找到氯化铵，其与蒸馏水按质量1∶7的比例配置的电解液效果好.实验测得数据如下.

按前述步骤1测得U1=0.80V，由步骤2测得数据如表2.

表2 氯化铵溶液做电解液测量值

用氯化铵做电解液实验数据准确.一是根据化学原理氯化铵电解液中氢离子的浓度变化小，电解液稳定，配置好后放置较长时间，其性能都不会改变；二是误差小、安全环保，可让学生自己操作.既可培养动手、动脑能力，又让学生在学习物理的过程中，体验科学的严谨与学习物理的乐趣.

若用1mol/L浓度的硫酸铜溶液做电解液，由步骤1测得U1=0.72V，由步骤2测得数据如表3.

表3 硫酸铜溶液做电解液测量值

比较表1、表2、表3，显然用氯化铵溶液做电解液更合适.

3 效果评价

实验数据表明，用稀硫酸做电解液，实验数据误差大、不准确，这是由于在实验过程中要消耗氢离子，氢离子的浓度变化较大，对测定数据影响较大.而用氯化铵溶液做电解液，反应过程中消耗的氢离子可通过氯化铵的不断地水解得到补充，氢离子的浓度基本不变，所以实验测定的数据准确、误差小.故用氯化铵溶液做电解液进行欧姆定律实验更科学、合理、操作性强.可变演示实验为分组实验，让学生在实验中验证欧姆定律.通过实验，学生对内、外电路变化规律的理解更透彻，应用欧姆定律解题的能力随之增强.电学是高考的重要考点，欧姆定律又是电学之基础.这一实验教学不管是应试能力，还是综合素质，包括列表分析的方法，从表达式分析物理量如何变化的方法，实验操作技能等都得到了提高.