４－１０歲的小朋友可以做些什麼小實驗？

水果電池
伏特電池構造與原理

電池內產生電力的構造是什麼？除了太陽電池和燃料電池外，電池需要利用兩種金屬，使其成為正極與負極，在他們之間則置有鹽酸或鹼液等導電性的物質，這些物質一般稱為電解質。
電解質可以游離出金屬離子，一般說來，任何金屬接觸到電解質，都會放出電子，成為帶正電的離子。這個離子化的傾向的程度，隨著金屬的性質而異，從表一中可以了解大概。

表一、金屬的離子化傾向（向左漸大，向右漸小）



西元一八○○年左右，伏特發明的電池，是由鋅板和銅板做兩極，兩極間隔著塗上稀硫酸的布。由於鋅的離子化程度較銅為強，鋅金屬便會在稀硫酸中放出電子成為離子。但銅卻沒有發生這樣的變化。於是，兩極間連接導線之後，猶新放電子，便經由導線流向銅。由於電流與電子的流動方向相反，因此電流是由銅流向鋅，這便是以銅作為正極的電池。

表二、電池的兩極

　 正極 負極 電力
乾電池 碳 鋅 1.5V
水銀電池 鐵 汞合金 1.3V
鉛蓄電池 二氧化鉛 鉛 2V
鹼性電池 氫氧化鎳 鐵與鎘的混合 1.2V
伏特電池 銅 鋅 1.1V
水果電池 銅 鋁 約0.4V

水果電池實作

現在，我們不妨就利用我們家中現有的材料，做個電池來看看。這時鋅的代用品是做菜常用的鋁箔（與鋅的離子傾向很接近），找個銅幣作為銅的代替品，而稀硫酸的代用品則是檸檬汁，將檸檬汁塗在紙上，以它來隔開鋁箔與銅幣（如圖一所示）。



圖一

但是小燈泡並沒有亮，像是電力不足的樣子。這麼說來，當時伏特可能是將鋅與銅的電池，疊上幾層後，才能讓它產生足夠的電力。
那麼，我們也將檸檬電池疊上幾層看看。不過，上下兩片鋁箔會接觸到，我們得利用塑膠片來絕緣。然而當當我們疊上八層電池之後，卻發現電池仍然不亮。看起來燈泡雖小卻蠻耗電的，難道沒有耗電在少一點的東西嗎？讓我們來看看液晶電算機如何？消耗電力剛好是0.0003瓦特，蠻合乎要求的，我們就利用它來試試看（將它與八層的檸檬電池串聯起來）。
這檸檬電池的電力到底有多少？我們拿1.5伏特的乾電池與之並用，發現1.5伏特的乾電池與四層檸檬電池電力相當，也就是一層的檸檬電池相當於0.4伏特的電力。不過電池的電力通常會因電流的流動而減少。除了摩托車的電瓶不會如此外，一般甘但遲均會發生這種情形。因此我們製作的檸檬電池，說不定也有此現象。所以連接電算機時，一層至少要當作0.4伏特來看。市面上販賣的電池，為了避免電力減少，可能會使用一些物質，放在正極的周圍，以減少電力的損失。
手錶消耗電力較少，應可以利用檸檬電池提供電力。
如果檸檬都可以用作電池的材料的話，那我們身邊有許多的東西，應該也不成問題！不錯，無論是醋、葡萄、蘋果、梨、蕃茄、西瓜等多汁的水果都可以作為電池的材料（圖二、三、四）。這些電池我們就稱為「水果電池」。



圖二、檸檬電池



圖三、西瓜電池



圖四、 番茄電池，是水果電池中，電力最強的一種。
即使減去兩層，僅餘六層，效果也不減。

　

此外，圖五是電池的符號。這個符號，實際上就是由伏特的積層電池構想而來的。



圖五、電池的記號，是由基層電池的形狀而來的靈感。

（本網頁取材自科學眼雜誌第22期）

一、刮走火柴盒和棋子


把幾個火柴盒一個接一個的疊起，並排列的很整齊，再用一把尺靠在桌面，向那一疊火柴肯的刮下去，底下的火柴盒刮走了，其它的火柴盒依然成疊地若再原位，
拿尺再一個個的刮，同樣地在上面的並沒有倒。拿出下象棋的棋子，把它們堆成一座高高的塔，然後用尺對準最下面一個給予俐落的堆去，最下面的其棋子被推走了，但其它並沒倒塌。這是什麼呢？　　
當你打掉一個火柴盒或是一個棋子時，因為技巧純熟並不費事，但是其於的一堆不倒下來，這是由於「慣性」的特性，所有物體願棋子會掉在那裡意移動它的位置，例如：那一堆棋子。
二、棋子會掉到那裡


將一張卡放在玻璃杯上，然後在卡片放一枚棋子（十元硬幣也可以），用手指很伶巧地把卡片彈走，你猜結果如何？那棋子會怎樣？它會掉在那裡？
用力地彈卡片，速度夠快了，這時棋子恰好掉入玻璃杯裡。
繼續又做了幾次實驗，發現當輕彈的時後，卡片和棋子會一起移動，並分別掉在桌上。這也是順從了慣性的原理。　　　
三、杯下油紙

在桌子邊緣放一張紙，紙張一半露在桌邊外，又在紙上放了玻璃杯，杯裡盛了半杯多的水，
排好杯子的位置，再猛一抽紙，紙被抽出來了，杯子卻留在原來的地方。
四、棋子會撒嗎

把棋子疊成兩堆，每一堆大約七枚，排在玩具車上，當輕輕地或是拉時，車子上的一大疊棋子，依然在車上不動，慢慢的加快（速度），它還是那樣，如果突然撞到阻礙物，車子停了，車上的棋子就會七零八落。
突然猛力推車子，車子動了，車上的棋子卻倒了。
拿兩塊小木頭試驗，同樣的把木塊豎立在車上，當用力向前拉時，木頭卻向後倒了。
將木塊再豎立於車上，將車子向後推，木頭卻向前倒。如果是慢慢地拉，再漸漸的加快，木頭豎立在車上是沒有問題的。
乘車時，站在車裡身體搖動的情形，當司機快速起動車子時，站在車裡的乘客，身體就會向後搖。
當司機緊急煞車時，車裡的乘客就往前誇。這就如同玩具車上豎立木頭的實驗情況
這些時驗都藉前後運動，表現慣性的現象。
五、拉繩子遊戲

找了一塊磚頭，擦乾境以後，找了一條細繩子，把磚頭做十字形捆綁，並在十字形結頭上繞一圈繩圈，很結牢式可以提起磚頭，另拿了一段繩子，綁在磚頭下面的十字結上。
把它掛在門把上緊抓著磚頭下面的拿那條繩子，快速猛立往下拉，猜猜看繩子會怎樣斷呢？
當下端的繩子猛力向下拉，下段的繩子斷了，這時磚頭能然掛在門把上。
因為手拉磚頭下端的繩子往下運動，而磚頭因為重量的起慢，是惰性的現象，所以下端的繩子就被扯斷了。
六、慣性原理的應用－－生蛋熟蛋鑑別法

拿兩個蛋，鑑別是生蛋或是熟蛋。它的在外形上很難分遍，到廚房取了兩個盤子，分別把蛋放在盤子裡，雙手各扶著一個蛋，同時使了同樣的力氣，轉了那兩個蛋，很顯明的看到一個轉的很快，一個得慢。這個轉的快的是熟蛋，那個懶得轉的是生蛋。
「為什麼會有這種現象呢？」這個道理很簡單，因為生蛋裡的物質是流體（液體），當轉動的時後；由於蛋內流體得慣性，不能隨著外殼快速轉動而轉，於是旋轉的時後，內部流體與外殼滑開了。這種現象所造成的磨插力，使的旋轉動作很快的就停止了。熟蛋的內部蛋白蛋黃都擬固了，與外殼合成一體，減少內部流體磨擦抗力，當然比生蛋轉的快。
趁蛋旋轉時用手指點一下生蛋，生蛋立即停止轉動，同時又放開手指，生蛋則會自動的再旋轉起來，「這又是為什麼呢？」理由是這樣的：當手指點停了生蛋時，雖然外殼暫時停了，可是蛋內的流體還在旋轉，因此鬆手後，蛋內的流體帶動了外殼，於是它又旋轉了。
那熟蛋這樣操作又會著樣呢？自己試試看。

簡 介

這 個 活 動 是 要 觀 察 兩 杯 水 (一 杯 是 普 通 水 ， 一 杯 是 鹽 水 )， 在 凝 結 成 冰 時 溫 度 的 改 變 。 這 個 實 驗 最 能 證 明 鹽 是 會 將 水 的 凝 固 溫 度 降 低 的 ， 也 可 通 過 這 實 驗 介 紹 潛 熱 等 相 關 理 論 。

實 驗 儀 器



數 據 收 集 器 及 接 駁 之 電 腦
溫 度 感 應 器 兩 個
兩 個 水 杯
食 鹽
冰 箱


步 驟





將 兩 個 杯 盛 滿 水 ， 水 的 高 度 要 足 夠 浸 著 溫 度 感 應 器 。 用 越 多 的 水 實 驗 所 需 的 時 間 就 越 長 。
在 其 中 一 杯 水 中 加 入 食 鹽 攪 拌 ， 直 至 溶 液 達 至 飽 和 (即 不 能 再 溶 解 加 入 水 中 的 鹽 )。 在 杯 上 做 上 記 號 方 便 辨 認 。
預 備 一 張 咭 紙 ， 在 上 面 切 出 兩 個 圓 形 ， 造 成 咭 紙 封 蓋 。 在 圓 形 中 心 切 出 兩 個 小 洞 ， 方 便 放 入 溫 度 感 應 器 ， 將 咭 紙 封 蓋 放 在 杯 上 ， 以 防 止 水 從 杯 中 濺 出 ， 並 提 供 一 個 較 絕 緣 的 環 境 。
將 溫 度 感 應 器 分 別 放 入 杯 中 ， 用 橡 膠 圈 固 定 其 位 置 。 最 好 將 溫 度 感 應 器 置 於 中 央 及 沒 有 接 觸 到 邊 沿 的 位 置 。
將 感 應 器 接 駁 到 數 據 收 集 器 ， 啟 動 數 據 收 集 器 軟 件 。 將 兩 個 溫 度 感 應 器 所 收 集 到 的 數 據 分 別 標 識 為 「水」 及 「鹽 水」， 確 定 兩 個 溫 度 感 應 器 正 在 記 錄 讀 數 。
將 軟 件 設 定 為 每 分 鐘 記 錄 一 次 。
將 兩 杯 溶 液 同 時 放 進 冰 箱 並 將 門 關 好 ， 將 溫 度 感 應 器 的 電 線 小 心 放 好 以 免 將 溫 度 感 應 器 從 杯 中 拉 出 。
開 啟 軟 件 並 開 始 記 錄 數 據 ， 將 所 得 讀 數 繪 成 圖 線 。 兩 個 溫 度 感 應 器 所 得 的 溫 度 應 該 是 下 降 的 。
繼 續 實 驗 直 至 兩 個 溫 度 感 應 器 所 得 的 讀 數 一 樣 ， 並 且 再 沒 有 變 化 為 止 。

問 題 討 論

1. 在 清 水 的 圖 線 上 ， 觀 察 圖 線 的 斜 率 變 化 ， 試 找 出 下 列 不 同 階 段 的 開 始 時 間 及 溫 度 。


清 水 開 始 時 間 開 始 溫 度
由 室 溫 到 開 始 結 冰 前 0分
開 始 結 冰
開 始 降 至 冰 箱 的 最 低 溫 度
在 冰 箱 最 低 溫 度 的 固 定 溫 度


2. 請 解 釋 為 何 在 清 水 開 始 凝 固 前 ， 溫 度 下 降 得 很 快 。 但 當 凝 固 時 ， 溫 度 卻 相 對 較 穩 定 ？


3. 加 了 鹽 的 那 一 杯 水 在 哪 一 個 溫 度 開 始 凝 固 ？ 為 何 溫 度 會 比 清 水 低 ？


4. 留 意 在 凝 固 為 冰 時 兩 杯 水 所 得 出 的 圖 線 ， 清 水 得 出 的 圖 線 較 平 ， 而 鹽 水 得 出 的 圖 線 斜 率 較 明 顯 ， 為 何 會 有 這 個 現 象 的 呢 ？ ﹝ 提 示 ： 暖 水 可 溶 解 較 多 份 量 的 鹽 在 水 中 ﹞


5. 如 留 意 圖 線 在 開 始 凝 固 為 冰 時 ， 會 發 現 有 一 轉 折 位 ， 溫 度 會 先 上 升 一 段 短 時 間 再 下 降 。 試 解 釋 原 因 。


6. 試 想 像 當 這 兩 個 樣 本 取 出 來 後 ， 在 等 待 杯 中 的 溫 度 回 復 到 室 溫 的 過 程 中 ， 杯 中 的 溫 度 會 有 何 轉 變 ？ 試 將 你 的 想 法 繪 成 圖 線 。


7. 水 的 純 淨 度 會 如 何 影 響 圖 線 的 形 狀 ？


8. 試 說 明 鹽 水 的 濃 度 對 結 果 會 有 何 影 響 ？


9. 如 將 實 驗 由 凝 固 成 冰 改 為 加 熱 煮 沸 ， 你 估 計 得 出 的 結 果 會 是 怎 樣 的 呢 ？


10. 利 用 這 個 實 驗 中 所 得 的 結 果 ， 推 算 出 凝 固 成 冰 時 的 潛 熱 是 多 少 ？ ﹝ 要 先 知 道 水 的 熱 容 量 ﹞



教 師 筆 記

整 個 實 驗 所 需 的 預 備 時 間 不 多 ， 但 卻 可 能 需 要 數 小 時 才 能 完 成 。 因 此 ， 在 之 前 要 先 做 好 計 劃 ， 可 在 早 上 開 始 ， 下 午 再 查 看 實 驗 結 果 ； 又 或 在 下 午 開 始 ， 讓 儀 器 整 夜 記 錄 數 據 ， 第 二 天 早 上 再 查 看 。

水 的 純 淨 度 可 能 會 影 響 到 實 驗 的 結 果 。 使 用 樽 裝 水 可 能 比 水 喉 水 有 較 佳 的 效 果 。