闭合电路欧姆定律实验中的探针极化问题，本文主要内容关键词为：闭合电路论文,欧姆定律论文,探针论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
闭合电路欧姆定律的主要仪器是可调内阻电池，实验电路如图1，外电路A板正极物质是棕褐色的氧化铅（PbO[，2]），B板负极物质是灰色的铅（Pb）。a，b为内电路正负极板的探针。其物质为耐酸、极化电动势极小的合金材料制成片条状。R为外负载电阻箱。实验按图1连接装置进行实验。实验过程中探针表面变黑、变薄、变长，最后消失称为探针的极化。
一、探针极化产生的原因。
如图1该可调内阻电池，是化学能和电能的变换过程，是可逆的。在进行实验时，把化学能转变为电能的过程叫放电，把电能转化为化学能的过程叫充电，是实验前必须要做的准备。充电时，在阳极发生氧化反应，将硫酸铅（PbSO[，4]）氧化成氧化铅（PbO[，2]）、氢离子（4H[+]）、硫酸根离子（SO[2][，4]）。在阴极发生还原反应，将硫酸铅（PbSO[，4]）还原成铅（Pb）和硫酸根离子（SO[2][，4]）。在充电过程中，硫酸的密度不断增加，电动势也随之上升，当硫酸的密度增加到约1.28g/cm[3]（或电动势上升到2.3V左右）时，即可停止充电。放电时，在正极发生还原反应，将氧化铅（PbO[，2]）、氢离子（4H[+]、硫酸根离子（SO[2][，4]）还原成硫酸铅（PbSO[，4]）和水（H[，2]O）。在负极发生氧化反应时，将铅（Pb）和硫酸根离子（SO[2][，4]）氧化成硫酸铅（PbSO[，4]）。在放电过程中，硫酸的密度不断下降，当硫酸的密度从1.28g/cm[3]降至1.16g/cm[3]（或电动势降到1.8V以下）时，就应停止使用并进行充电。
探针分别放在两极板旁，正极板上的探针与电压表的负极相连，负极板上的探针与电压表的正极相连。探针与极板之间不能接触，但靠得越近越好。探针在电液中使用时间长了，便可极化。一般极化在放电时是正极上的探针极化，充电时是阴极上的探针极化。放电时正极上氧化成的氢离子（4H[+]）与探针的金属离子发生化学反应，造成探针的极化。充电时，探针与阴极上的氢离子（4H[+]）发生化学反应产生极化。
二、探针极化影响实验结果。
探针极化会产生内电路电压升高。用电压表直接接两探针，其它电路不接，电压表上显示一定的电压值。在实验过程中，内、外电压之和不等于电源电动势，产生误差。下表是在电源内阻r=20Ω时测得的两组数据：
表1 探针没有极化时的数据（表中电阻单位为Ω，电压单位为V）
R0
10 203040506080
100
V[，外]0
1.25 1.45 1.60 1.70 1.75 1.80 1.88 1.89
V[，内]
1.90 0.65 0.45 0.30 0.20 0.15 0.10 0.02 0.01
V[，外]+V[，内] 1.90 1.90 1.90 1.90 1.90 1.90 1.90 1.90 1.90
表2 探针极化时，V[，内]=0.15V的数据（表中电阻单位为Ω，电压单位为V）
R0
10 203040506080
100
V[，外]0
1.25 1.45 1.60 1.70 1.75 1.80 1.88 1.89
V[，内]
1.80 0.57 0.40 0.28 0.22 0.20 0.19 0.17 0.16
V[，外]+V[，内] 1.80 1.82 1.85 1.88 1.92 1.95 1.99 2.05 2.05
两组数据可看出，探针极化，内、外电压之和不等于电源电动势。
三、防止极化的方法
从上两表实验数据可知，当探针极化时，实验产生误差，探针极化内电压随极化程度不同而不同，最高V[，内]可达到0.5V，产生误差更大。因此有必要对探针进行处理，防止极化。常用的防止探针极化的方法有以下几点：第一点，在充电时不能将探针放入电液中与极板同时充电，这样就会加快探针的极化；第二点，在实验前将探针接上4V交变电流通电0.5min或让探针短接5min以减小极化电动势；第三点，探针用过以后要用清水冲洗，晾干保存，不用时切忌浸在电液中。
学生分组实验，不仅是锻炼学生的动手能力，更重要的是培养学生在实验中分析问题和解决问题的能力。闭合电路欧姆定律的实验，学生在做实验时不仅要看到改变电阻值时，外电路电压上升值与内电路电压下降值是否相等，还要看到内、外电路电压值是否是恒量，从而得出产生误差的原因。电极的极化是一方面，有时探针与极板之间的距离比较大也会产生误差。总之，学生实验要减少误差，力求实验的准确性、真实性、科学性。这样，才能达到学生分组实验的目的。
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