国外优秀STEAM教育案例分享：马铃薯电池

网友投稿 2019-08-11 13:40

国外优秀案例：马铃薯电池

课程简介

学生们使用马铃薯照亮LED时钟（或灯泡），使他们了解电池如何在简单的电路中工作以及化学能如何变为电能。随着他们更多地了解电能，他们更好地理解电压，电流和电阻的概念。

相关工程知识

工程师使用电池在各种情况下来储存能量。固体电解质电池最适合在极端天气条件下使用，而镍锌电池在电动汽车中效果最佳。能源工程师不断改进技术，以提高存储太阳能和风能的电池的性能和生命周期成本。在设计电池时，工程师会牢记应用的需求，并使用不同的物质来产生电流。

他们考虑的特性包括功率输出，充电能力，可靠性，尺寸，安全性，发热量，生命周期长度，滥用容忍度，成本和回收能力。工程创意的力量非常神奇~

课程基本信息

年级：3-5年级

课时：1课时

团队规模：3人

学科领域：科学、数学、工程、物理、化学、艺术

学习目标：

在此活动之后，学生能够：通过简单的电路描述电能的流动。解释为什么灯泡可能需要一个以上的电池点亮。解释电气工程师在电力开发和电力产品开发中的作用。

材料清单

3个马铃薯（新鲜）、3个铜便士（或铜条，保证每个马铃薯一个）、3个锌钉（这些是镀锌钉，可在五金店买到）、5根绝缘电线（长15-20厘米，且末端有鳄鱼夹）、1个低电流的发光二极管（LED时钟，或LCD时钟（需要-1.5伏），或一个小LED）、万用表或电压表（万用表测量电路的电流，电压和电阻）

课程知识背景

马铃薯电池是如何工作的？

铜原子比锌原子更能吸引电子。如果你把一条铜带和一条锌带相互接触，许多电子会从锌传递到铜。当它们集中在铜上时，电子互相排斥。当电子间的斥力和电子对铜的引力相等时，电子的流动就停止了。不幸的是，利用这种行为来发电是不可能的，因为电荷的流动几乎立即停止。另一方面，如果你把两条线浸在导电溶液中，然后用导线把它们连接在一起，电极和溶液之间的反应就会不断地给电路充电。这样，产生电能的过程就会继续下去并变得有用。

在导电溶液中，电荷由穿过溶液的离子携带。在固态中，离子不能自由移动。然而，一旦它们溶解在水中，它们就会完全移动。它们可以在水中“游”来游去，因此可以对电池发出的电流做出反应。电流提供电子，使正离子向一个方向流动，负离子向相反的方向流动。离子携带电荷从一个电极到另一个电极，完成了电路。

对于导电溶液，可以使用任何电解质，无论是酸、碱还是盐溶液。电解质是一种物质，它的水溶液中含有各种离子，从而导电。因此，溶液中自由离子越多，导体就越好。许多水果和蔬菜含有富含离子的汁液，因此是很好的导体。和任何电池一样，马铃薯电池的寿命有限。电极会发生阻止电流流动的化学反应。电动势减小，电池停止工作。通常情况下，铜电极产生氢，锌电极获得氧化物的沉积，作为金属和电解质之间的屏障。这被称为极化电极。为了获得更长的寿命和更高的电压和电流流量，有必要使用更适合于此目的的电解质。商用电池除了正常的电解质外，还含有对氢有亲和力的化学物质，这些化学物质会在氢使电极极化之前与氢结合。

活动任务

学生以团队为单位，在活动开始之前了解课程背景并收集材料，完成“电池工作学习单”，小组合作利用马铃薯发电使LED灯亮起来。

课程步骤

1.将班级分成两个或三个学生的团队。分发材料。

2.指导小组将锌指甲和铜便士小心地放入马铃薯中。确保马铃薯中两种不同的金属不相互接触。

3.将一个鳄鱼夹连接到从马铃薯伸出的便士的末端，将另一个鳄鱼夹连接到钉子的末端，从马铃薯伸出。