资源简介

(共47张PPT)
第十三章 简单电路
第13章 跨学科实践：
调查电池的发展并制作水果电池
（苏科2024版）九年级
上
01
教学目标
02
新知导入
03
新知讲解
05
典例分析
06
课堂练习
04
课堂小结
（苏科2024版）九年级
上
PART 1 教学目标
（苏科2024版）九年级
上
01
教学目标
1.通过调查，了解电池的发展历程，知道常见电池的类型、特点及应用场景。通过制作水果电池，能说出水果电池的基本组成，知道水果电池是将化学能转化为电能的装置。
2.比较不同类型电池的优缺点、适用场景；分析水果电池能够产生电流的原因；分析影响水果电池性能的可能因素。从不同水果电池的制作和检测结果中归纳出水果电池构成的一般条件；从电池发展的历程中演绎出科技发展的一般规律。
3.经历“调查电池发展”的过程，学习通过多种途径获取信息，并对信息进行筛选、归纳和表达。经历“制作水果电池”的科学探究过程，包括提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、交流与合作。
PART 2 新知导入
（苏科2024版）九年级
上
02
新知导入
【情境导入】展示干电池、锂电池、蓄电池、太阳能电池等各种电池实物，提问：“这些电池里的电是怎么来的？”“你见过用水果做的电池吗？”
干电池
蓄电池
太阳能电池
锂电池
02
新知导入
播放“水果电池点亮LED灯”的实验视频，引导学生观察：“视频中用了什么材料？”“水果电池的结构是什么？”
提出问题，明确任务：“今天我们要探究‘电池的秘密’，并自己制作水果电池，还要优化它让LED灯亮起来！”
PART 3 新知讲解
（苏科2024版）九年级
上
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（一）从生物电到伏打电堆
1780年，意大利生理学家伽伐尼偶然发现，解剖刀触及青蛙的股神经时，蛙腿会猛烈痉挛。后来，物理学家伏打针对这一现象进行一系列实验研究，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。
如今，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。
伏打电堆
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（二）电池的发展历程
1．查阅相关资料，深入了解电池的发展史，思考其中运用了哪些学科的知识。
【任务分工】学生分为4组，每组选择一个调查主题（教师提供参考）：
主题1：电池的种类与用途（如干电池用于遥控器，锂电池用于手机）；
主题2：电池的工作原理（如干电池的锌筒作为负极，碳棒作为正极）；
主题3：电池的环境影响（如干电池中的汞污染，锂电池的回收问题）；
主题4：水果电池的理论基础（如原电池的结构：电极、电解质、闭合回路）。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（二）电池的发展历程
1．查阅相关资料，深入了解电池的发展史，思考其中运用了哪些学科的知识。
【调查方法】每组用分工合作，利用课余时间完成以下任务：
（1）查阅资料，可以借助图书资料或网络；
（2）访谈，问家长或老师：“你用过哪些电池？”；
（3）用表格或思维导图总结，整理信息。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（二）电池的发展历程
1．查阅相关资料，深入了解电池的发展史，思考其中运用了哪些学科的知识。
【汇报交流】各小组汇报，教师引导总结：
（1）电池的共同原理：化学能或其他形式的能转化为电能；
（2）原电池的核心条件：两个活动性不同的电极、电解质溶液、闭合回路；
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（二）电池的发展历程
2．电池的发展历程
电池种类 问世时间及发明者 主要构造 能量转化 特点
原电池 1800年，意大利，亚历山德罗·伏特 负极：锌片 正极：银片 电解质：浸过盐水的布 化学能→电能 首次实现化学能向电能的转化
铅酸电池 1859年 正极：二氧化铅 负极：铅 电解质：稀硫酸 化学能→电能 第一个可充电的二次电池，开启了“电池循环使用”的时代，沿用至今
干电池 1886年，德国，卡尔·加斯纳 正极：碳棒 负极：锌筒 电解质：糊状氯化铵 化学能→电能 无泄漏、便于携带，电压约1.5V，能量密度低，但成本极低，至今仍在使用
镍镉电池 1899年，瑞典，瓦尔德马尔 正极：氢氧化镍 负极：镉 电解质：氢氧化钾 化学能→电能 可充电，能量密度高，体积小，但有记忆效应，有镉污染
金属锂电池 1970年，英国，惠廷厄姆 正极：钛酸锂 负极：锂 电解质：液态有机溶液 化学能→电能 金属锂易与电解质反应，产生枝晶刺破隔膜，导致短路、爆炸等安全隐患
锂离子电池 1980s-1991年，美国，古迪纳夫＆日本，吉野彰 正极：锂离子 负极：石墨嵌入锂离子 电解质：液态有机溶液 化学能→电能 彻底解决了金属锂的安全问题，能量密度是镍镉电池的2-3倍，推动了数码产品、便携设备的革命
磷酸铁锂电池 1997年，古迪纳夫团队 正极：磷酸铁锂 负极：石墨嵌入锂离子 电解质：液态有机溶液 化学能→电能 更安全，热稳定性好，不易爆炸；循环寿命长，约2000-5000次，是钴酸锂的2-3倍；成本更低
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（二）电池的发展历程
3．太阳能电池发展历程
太阳能电池的核心是光伏效应，即光能直接转化为电能的现象。其发展历程可分为早期探索、硅基主导、薄膜与新型材料迭代三个阶段；晶体硅电池占全球光伏市场约85%，仍是主流，通过结构优化提升效率。
1960年代：仅用于航天，如美国“阿波罗”计划，效率可达14%；
1980年代：开始进入民用，如偏远地区的小型电站；效率提升至18%以上；
2000年代：集中式光伏电站兴起，如中国西北的大型光伏基地；
2010年代：分布式光伏普及，如屋顶光伏、光伏建筑一体化（BIPV），效率突破25%；
2020年代：移动光伏，如光伏汽车、光伏背包与光伏制氢，将太阳能转化为氢能存储，成为新增长点。钙钛矿-硅叠层电池效率达33.2%，成为未来高效光伏的核心方向。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（二）电池的发展历程
4．新型电池（电池的未来发展方向）
电池种类 主要改进 能量转化 优点 前景
固态电池 固态电解质（如硫化物陶瓷、聚合物）代替液态电解质 化学能→电能 更安全，无泄漏、无枝晶，能量密度更高，可使用金属锂作为负极 预计2030年商用
钠电池 用钠代替锂，正极用普鲁士蓝或层状氧化物，负极用硬碳 化学能→电能 成本低，钠原料便宜；安全，钠比锂更稳定；能量密度约接近磷酸铁锂 大规模储能（电网调峰）、低速电动车
燃料电池 直接将燃料（如氢、甲醇）的化学能转化为电能 化学能→电能 如氢燃料电池，产物只有水 应用：电动车、备用电源
金属空气电池 用金属（如锌、铝）作为负极，空气中的氧气作为正极 化学能→电能 能量密度极高 备用电源、长续航电动车
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（三）调查生活、生产、交通、通信等领域中用电器所采用的电池的种类
【项目要求】调查生活、生产、交通、通信等领域中用电器所采用电池的种类。查阅相关资料，了解我国电池研制领域的技术创新及其对社会发展的贡献，了解当前电池行业面临的问题以及未来的发展前景。
电池的选择需兼顾能量密度、成本、寿命、安全性等因素，不同领域的用电器对电池的需求差异显著。
各小组汇报调查结果，分别介绍具体用电器、电池类型、选择逻辑等。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（三）调查生活、生产、交通、通信等领域中用电器所采用的电池的种类
1．生活消费领域：（1）手机、笔记本电脑、平板；（2）手表、助听器、智能手环；（3）手电筒、遥控器、玩具；（4）电动牙刷、剃须刀；
2．工业生产领域：（1）工业机器人、AGV（自动导引车）；（2）叉车、重型设备；（3）医疗设备（移动X光机、呼吸机）；
3．交通运输领域：（1）新能源汽车（乘用车、商用车）；（2）电动自行车、电动摩托车；（3）地铁、有轨电车、电动船；
4．通信与物联网领域：（1）手机基站、数据中心（备用电源）；（2）卫星、航天器、军用设备；（3）智能电表、物联网传感器。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（四）我国电池研制领域的技术创新及社会贡献
1．关键技术创新
（1）锂离子电池：高容量与快充突破
硅负极技术：提升容量30%-50%（如宁德时代麒麟电池）。高压快充实现10分钟充至80%（如比亚迪e平台3.0）。磷酸铁锂优化至200Wh/kg（如LMFP材料）。
新型电池：固态电池解决热失控问题（如蔚来固态电池包）。钠电池循环寿命3000次（如宁德时代钠电池）。氢燃料电池功率密度1.5kW/L（如亿华通PEM膜）。
智能化BMS：AI算法预测寿命（如特斯拉模型），IoT实时监控（如宁德时代CTP 3.0）。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（四）我国电池研制领域的技术创新及社会贡献
2．对社会发展的贡献
推动新能源汽车产业崛起：我国新能源汽车销量从2015年的33万辆增至2023年的949万辆（占全球60%以上），核心支撑是锂离子电池技术的突破（如比亚迪的“刀片电池”，解决了磷酸铁锂的体积问题）。
支撑可再生能源消纳（如青海储能电站）。
完善通信基础设施（如华为5G基站电池）。
提升医疗国防能力（如迈瑞移动呼吸机电池、天问一号电池）。
03
新知讲解
任务一、电池的调查与研究
（五）未来发展前景
新型电池商业化；原材料替代与回收体系完善；成本下降与规模化生产；应用场景扩展；政策与标准支持。
我国电池产业已从“跟随者”转变为“引领者”，技术创新（如锂离子电池、固态电池、钠电池）推动了新能源、通信、医疗等领域的发展。但仍面临原材料短缺、回收难题、技术瓶颈等问题，未来需通过新型电池商业化、原材料替代、回收体系完善等路径，实现产业的可持续发展，支撑“双碳”目标与社会进步。
03
新知讲解
任务二、自制水果电池
（一）利用生活中常见的水果制作水果电池
【项目要求】自制水果电池。我们可利用某种水果（如苹果、橙子等）、不同的金属片（如铁片、铜片等）和一些导线，参照图制作水果电池，并开展以下研究：
如何知道你制作的水果电池是否有电，正、负极分别对应哪个金属片，电压是多少？（提示：可以用电压表测量，也可以用发光二极管试一试，或者用你所想到的其他方法）
换用其他水果和其他金属片，并改变金属片插在水果中的距离、深度，这些操作是否会对水果电池的电压产生影响？有哪些方法可以增大水果电池的电压？
03
新知讲解
任务二、自制水果电池
（一）利用生活中常见的水果制作水果电池
【方案设计】
1．材料准备：各种水果，如青柠檬、西红柿和苹果各1个、铜片、锌片各1根（均为1厘米宽、5厘米长的长条）、带夹子的导线若干、发光二极管、小灯泡、电压表1个、刻度尺1把。
2．猜想假设：
（1）水果电池的电压可能跟水果的种类有关；
（2）水果电池的电压跟电极种类有关；
（3）水果电池的电压跟电极插入它的深度有关；
（4）水果电池的电压跟电极之间的距离有关。
03
新知讲解
任务二、自制水果电池
（一）利用生活中常见的水果制作水果电池
【方案设计】
3．制作步骤：
（1）将青柠檬轻轻揉搓，然后切成两半，挑选含汁液较多的一半。
（2）将铜片和锌片用砂纸磨光，洗净，使铜片和锌片之间距离1cm，分别插入柠檬果肉中，插入深度分别为2cm、3cm、4cm。
（3）将电压表通过导线连接在铜片和锌片上，闭合开关，测量电压的大小，记录在表一中，并分辨出柠檬电池的正负极。
序号 水果种类 电极材料 电极距离/cm 电极插入深度/cm 电压/V
1
2
3
03
新知讲解
任务二、自制水果电池
（一）利用生活中常见的水果制作水果电池
【方案设计】
（4）控制水果种类和铜片和锌片插入的深度4cm不变，改变两个电极之间的距离为1cm、2cm、3cm，分别测出水果电池的电压大小并记录在表二。
序号 水果种类 电极材料 电极距离/cm 电极插入深度/cm 电压/V
1
2
3
03
新知讲解
任务二、自制水果电池
（一）利用生活中常见的水果制作水果电池
【方案设计】
（5）用其他水果代替青柠檬重复以上步骤，控制电极之间的距离和插入深度不变，并把测量的数据填入下面表格三中：
序号 水果种类 电极材料 电极距离/cm 电极插入深度/cm 电压/V
1
2
3
03
新知讲解
任务二、自制水果电池
（一）利用生活中常见的水果制作水果电池
【归纳总结】
1．表一数据可知，同一水果，电极材料和电极之间的距离相同时，两电极插
入的_________不同，产生的电压不同，具体关系是：_____________。
2．表二数据可知，同一水果，电极材料和电极插入的深度相同时，两电极之间的_________不同，产生的电压不同，具体关系是：_______________________。
3．由表三数据可知，电极的材料相同，两电极间的距离、电极插入的深度一定时，产生的电压还与水果的________有关。
03
新知讲解
任务三、交流与评价
【任务要求】
1．以短文的形式介绍一种电池，内容包括电池的结构、功能、
工作原理及相关的时代背景。
2．向同学介绍自制水果电池的设计方案，展示自制的水果电池。
3．对所介绍内容的准确性与完整性等进行评价，对自制水果电池的大水果电池的电压？原理及相关的时代背景。使用效果和创新性等进行评价。
PART 4 课堂小结
（苏科2024版）九年级
上
04
课堂小结
PART 5 典例分析
05
典例分析
例1．如图甲所示，小宇把铁片A、铜片B插入柠檬，闭合开关S，发现发光二极管发光，电压表示数如图乙所示，则（ ）
A．AB两端的电压为0.5 V
B．铁片A是水果电池的负极
C．电压表能提供电压
D．若将二极管两极对调后接入电路，也能发光
B
05
典例分析
【答案】 B
【解析】A．电压表连接的是小量程，分度值为0.1V，则AB两端的电压为0.1V，故A不符合题意；
B．电压表正常工作，说明电压表连接正确，由图可知，A与电压表负接线柱相连，所以是电源负极，故B符合题意；
C．水果电池向外输出电能，可将化学能转化为电能，故C不符合题意；
D．发光二极管具有单向导电性，所以若将二极管两极对调后接入电路，闭合开关，二极管不能发光，故D不符合题意，
故选B。
05
典例分析
例2．在番茄上相隔一定距离分别插入甲、乙两片不同的金属片，即番茄电池。将甲片、乙片与已调零的电压表相连，如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．金属片甲是番茄电池的正极
B．番茄电池将化学能转化为电能
C．电压表直接接在番茄电池上，一定会损坏电压表
D．当番茄电池、导线、小灯泡形成通路后，电流将
从金属片甲流出
C
05
典例分析
【答案】 C
【解析】A．电压表使用时，电流从电压表正接线柱流入，从负接线柱流出，由图可知，电压表指针反向偏转，所以电压表的正负接线柱接反了，故甲片是番茄电池的正极，故A正确，不符合题意；
B．番茄电池通过发生化学反应，释放出电能，所以是将化学能转化为电能，故B正确，不符合题意；
C．由于电压表可以直接接在电源两端，所以电压表直接接在番茄电池上，不会损坏电压表，故C错误，符合题意；
D．当番茄电池、导线、小灯泡形成通路后，由于甲片是番茄电池的正极，所以电流将从甲片流出，故D正确，不符合题意。
故选C．
05
典例分析
例3．小明制作的水果电池工作时将化学能转化为__________能对外供电。用电压表测得该水果电池电压如图所示，其大小为__________V。由图示可知，铜片A是该水果电池的________（选填“正”或“负”）极；小明继续用铝片C代替铜片A，接入电路，发现电压表指针偏至零刻度线左侧。据此你提出的猜想是__________________________________________。
电
1.5
正
水果电池的正负极和金属电极的材料有关
05
典例分析
【答案】 电 1.5 正 水果电池的正负极和金属电极的材料有关
【解析】[1]小明制作的水果电池工作时提供电能，是将化学能转化为电能对外供电。
[2]用电压表测得该水果电池电压如图所示，量程是0~3V，分度值为0.1V，其大小为1.5V。
[3]由图示可知，铜片A与电压表正接线柱相连，且正向偏转，说明铜片是该水果电池的正极。小明继续用铝片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，说明电极材料改变了，使得电池的正负极改变，据此能提出的猜想是水果电池的正负极与极板材料是否有关。
05
典例分析
例4．阅读短文，回答问题。
电动车的电池
放电深度对电动车电池寿命的影响随着新能源技术利用的普及，电动汽车已经进入千家万户，这离不开电池技术的快速发展。众所周知，在使用过程中电池容量会不断衰减，而电池寿命的结束并非指电池的容量衰减至0%或者不能用；
电池寿命可以用“循环寿命”来衡量，是指电池寿命结束前进行的100%全循环放电次数。很多因素都会影响电池的循环寿命，如电池温度、充放电电流等。有研究表明，一辆电动车将电池电量从70%用到30%，则这次的放电深度为40%，又用到30%。这次的放电深度就为60%，则这两次总共完成了1次100%全循环放电。
研究人员以不同的放电深度，对电动车电池进行充放电循环研究，得到了电动车电池100%全循环放电次数与放电深度的关系，合理规划充放电策略，可以有效延长电动车电池的使用寿命。
05
典例分析
（1）当电池使用一段时间后，电池的总容量衰减到设计容量的83%，此时_________（选填“是”或“不是”）电池寿命的结束；
（2）在电池放电的过程中，电池外部的电流方向是 _________________（选填“从正极到负极”或“从负极到正极”）；
（3）电池循环寿命指___________________________________________；
不是
从正极到负极
电池寿命结束前进行的100%全循环放电次数
05
典例分析
（4）根据文章所述，下列使用策略最有利于延长电池的寿命的__________ 。
A．电池用掉一点电就及时充电
B．电池用掉40%的电量时充电
C．电池用掉60%的电量时充电
D．电池用掉80%以上的电量时再充电
B
05
典例分析
【答案】 不是 从正极到负极 电池寿命结束前进行的100%全循环放电次数 B
【解析】（1）电池的使用是有寿命的，在使用过程中电池容量会不断衰减，而电池寿命的结束并非指电池的容量衰减至0%或者不能用，而是指电池总容量衰减到设计容量的80%或者以下，所以电池的总容量衰减到设计容量的83%,此时不是电池寿命的结束。
（2）在电池放电的过程中，电池外部电流的方向是从电源正极流向负极。
（3）电池寿命可以用“循环寿命”来衡量，是指电池寿命结束前进行的100%全循环放电次数。
（4）由图知每次放电深度为40%时，电池100%全循环放电次数最多，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。
PART 6 课堂练习
（苏科2024版）九年级
上
06
课堂练习
1. 取一个橙子，把铜片、锌片插入其中，就制成了一个水果电池. 用电压表测量这个电池的电压如图所示。 下列说法正确的是（ ）
A．锌片是水果电池的正极
B．该水果电池的电压约为2.5V
C．水果电池是将内能转化为电能
D．两个相同水果电池串联后可提供更高的电压
D
06
课堂练习
C
2. 在趣味科学实验中，酸甜多汁的水果既能为人体补充所需营养，还能变成小型的“发电站”。趣味小组制作了水果电池，发现将几个水果电池串联起来后，电力足以点亮一排规格相同的发光二极管。如图，关于该实验下列说法正确的是（　　）
A. 水果相当于电源，水果电池实现的是将电能转化为化学能
B. 为了使发光二极管更亮，这三个水果电池应该并联
C. 相比于柠檬、橙子这类酸性较强的水果，苹果制成
的水果电池电压通常更低
D. 当连接好电路后，只有一个发光二极管不亮，则这
些发光二极管一定是并联的
06
课堂练习
3. 如图所示，在烧杯中加入盐水，然后将连接在电压表上的铜片和锌片插入盐水中，这样就制成了一个盐水电池。观察电压表的接线和指针偏转可知：盐水电池的正极是______片，这个电池的电压是______V；盐水电池工作时，正电荷不断地在铜片上聚集，负电荷不断在锌片上聚集，盐水中电流的方向是____________________（从锌片流向铜片/从铜片流向锌片）。
铜
0.3
从锌片流向铜片
06
课堂练习
4. 小明自制“伏打电堆”并连接了如图所示电路。闭合开关，小灯泡发光，电压表指针右偏，则（　C　）
A. 金属B是电源的负极
B. “伏打电堆”将内能转化为电能
C. 若小灯泡断路，电压表仍有示数
D. 若断开开关，A、B两金属间没有电压
C
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine
（苏科2024版）九年级
上

展开更多......

收起↑