磁场中的电化学反应实验分析
一、前言
现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。
目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池，但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。
通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合物。
二、实验方法和观察结果
1.所用器材及材料
（1）长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。
（2）磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体30*23毫米二块、稀土磁体12*5毫米二块、稀土磁体18*5毫米一块。
（3）塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。
（4）铁片两片。（对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗）用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。
2.电流表，0至200微安
用微安表，由于要让指针能向左右移动，用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0，或者不调节。
3.“磁场中的电化学反应”装置是直流电源。本实验由于要使用电流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，（也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。本实验报告示意图就是画的随电流流动方向改变，电流表指针可以向左或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由“磁场中的电化学反应”装置的正极流向“磁场中的电化学反应”装置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出“磁场中的电化学反应”装置的正极、负极。
4.手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。
5.将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。
6.将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样）
7.通过步骤4、5、6我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。
8.将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。
9.将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁，没有电流的产生。
10.然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的?我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化-还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面， 而没有处在磁埸的那一端的铁片的`表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。下图所示。
11. 确定“磁场中的电化学反应”的正、负极，确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。
12.改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第10步骤中的磁体从某一片上移开(某一片铁片可以退磁处理，如放在交变磁埸中退磁，产生的电流要大一些)然后放到另一片铁片附近，同样有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动方向产生了变化。
如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。
改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。
下图所示磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变，《磁场中电化学反应》成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。
三、实验结果讨论
此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，“磁场中的电化学反应”是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意“可逆”二字，这是本物理现象的重点所在。
通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实验两极是用相同的金属）。
通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力(洛伦兹力)定律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。
通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。
产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是1克当量的任何物质产生（或所需） 的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。
四、进一步实验的方向
1.在多大的铁片面积下，产生多大的电流?具体数字还要进一步实验，从目前实验来看，铁片面积及磁场强度大的条件下，产生的电流强度大。如铁片浸入硫酸亚铁溶液20毫米时要比浸入10毫米时的电流强度大。
2.产生电流与磁场有关，还要作进一步的定量实验及进一步的理论分析。如用稀土磁体比铁氧体磁体的电流强度大，在实验中，最大电流强度为200微安。可以超过200微安，由于电流表有限，没有让实验电流超过200微安。
3.产生的电流值随时间变化的曲线图A-T（电流-时间），还要通过进一步实验画出。
4.电解液的浓度及用什么样电解液较好？还需进一步实验。
五、新学科
由于《磁场中的电化学反应》在书本及因特网上查不到现成的资料，可以说是一门新学科，因此，还需要进一步的实验验证。此文起抛砖引玉之用。我希望与有识之士共同进行进一步的实验。
八年级物理实验报告：声音强弱与那些因素有关
文章摘要：八年级物理声音强弱与那些因素有关实验报告
【初中物理实验】声音强弱与那些因素有关
探究课题：声音强弱与那些因素有关
1.提出问题：
声音的强弱（声音的响度）可能
1）与声源振动的幅度(振幅)有关；
2）与人离声源的距离有关。
2.猜想或假设：
1）声源的振幅越大，响度越大；
2）人离声源的距离越近，人听到的声音响度越大。
3.制定计划与设计方案（用控制变量法）如：
探究1）声音的响度与声源振动的幅度（振幅）的关系：
考虑让人与声源的距离相同，使声源的振幅不同，看在声源的振幅大小不同时，听声音响度大小的情况怎样？
探究2）响度与人离声源距的离大小关系
考虑让声源的振幅相同，使人离声源距离不同，看在人离声源的距离大小不同时，听声音响度大小的情况怎样？
4.进行实验与收集证据
探究1）
选一只鼓，在鼓上放一小纸屑，让人离声源的距离0.5米（不变）
（1）第一次轻轻地敲击一下鼓，看到小纸屑跳起（如0.5厘米），听到一个响度不太大的声音；
（2）第二次重重地敲击一下鼓，看到小纸屑跳起（如1.5厘米），听到一个响度很大的声音。
结论：人离声源的距离相同时，声源的振幅越大，声音的响度越大。
探究2）
实验过程与上类似
结论：声源的振幅相同时，人离声源的距离越近，人听到的声音响度越大。
5.自我评估：
这两个结论经得起验证。如，我们要让铃的声音很响，我们可以用力去打铃;汽车鸣笛，我们离汽车越近，听到的声音越响。
6.交流与应用
如果我们声音小了，听众可能听不见我们的说话声，我们可以考虑：
1）让说话的声音大一些（声带的振幅大了）；
2）与听众的距离近一些。
九年级物理实验报告：研究电磁铁（人教版）
文章摘要：人教版九年级物理研究电磁铁实验报告
【初中物理实验】研究电磁铁实验
实验：研究电磁铁
一、实验目的
探讨电流的通、断、强弱对电磁铁的影响;探讨增加线圈匝数对电磁铁磁性的影响。
二、实验器材
电磁铁、电源、开关、滑动变阻器、电流表和一小堆大头针。
三、实验步骤
1.将电源、开关、滑动变阻器、电流表与电磁铁连成串联电路。
2.将开关合上或打开，观察通电、断电时，电磁铁对大头针的吸引情况，判断电磁铁磁性的有无。
3.将开关合上，调节滑动变阻器，使电流增大和减小（观察电流表指针的示数），从电磁铁吸引大头针的情况对比电磁铁磁性强弱的变化。
4.将开关合上，使电路中的电流不变（电流表的示数不变）改变电磁铁的接线，增加通电线圈的匝数，观察电磁铁磁性强弱的变化。
四、实验记录
通电断电电流增大电流减小线圈匝数增多电磁铁的
磁性强弱
五、实验结论
（1）电磁铁通电时_____磁性，断电时_____磁性。
（2）通入电磁铁的电流越大，它的磁性越_____。
（3）在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越_____。
初中物理课外实验：玻璃棒摩擦生电
文章摘要：初中物理课外实验：玻璃棒摩擦生电实验及注意问题
【初中物理实验】：玻璃棒摩擦生电
在现行的中小学物理教材中讲述过“用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电”。我通过实验发现：如果玻璃棒的温度升高，用丝绸磨擦过的玻璃棒，玻璃棒既可以带正电也可以带负电；同时玻璃体也可能由绝缘体转变为导电体。
实验介绍如下：
实验器材
小学或中学实验室常规配备的静电实验盒三盒（我使用的是四川省教学仪器厂出产的J238静电实验盒），1500瓦电炉一个；220伏交流电源一台，220伏带灯座白炽灯泡一个，酒精喷灯一盏，自制带电极玻璃体（用废旧220伏白炽泡除掉泡状外壳和钨丝），220伏白炽灯座一只，电工用实验板一块，220伏开关一只，适合220伏用导线若干。
实验操作规程及实验结果：
1.玻璃棒磨擦起电实验
(1) 用干燥清洁的毛皮和橡胶棒（或塑料棒） 相磨擦，使橡胶棒带上负电荷（按现行教材规定）并放在绝缘支架上，再用干燥清洁的玻璃棒和丝绸相磨擦，使玻璃棒带电并接近但不接触前一根带负电橡胶棒时，可以观察到橡胶棒被“拉”着在支架上旋转，即相互吸引，证明此时用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电荷。
(2)在地面上放好1500瓦电炉，在距炉面竖直高30～40厘米左右的地方架起可横放玻璃棒的框架，将几根实验用玻璃棒放于其上，接通电炉烘烤，此时玻璃棒的环境温度可以达到50～85摄氏度左右，当烘烤时间在30～50分钟左右，取烘后的玻璃棒与干燥清洁的丝绸相磨擦，将磨擦后带电的玻璃棒接近不接触操作规程1中支架上带负电的橡胶棒（也可重新按操作1使之带上负电荷）时，可观察到橡胶棒被“推”着旋转，即相互排斥；将磨擦后带电的玻璃棒（烘后的）接近不接触操作1中放在支架上带正电的玻璃棒（也可重新按操作1使之带上正电荷）时，可观察到（操作1中）玻璃棒被“拉”着在支架上旋转，即相互吸引，由此可以证明用丝绸磨擦玻璃棒（烘烤后的）带负电荷。
上述实验证明：在常温条件下，用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电荷，在上述相对的特殊条件下，用丝绸磨擦过的玻璃棒带负电荷。
2.玻璃体绝缘性能实验
实验1 用220伏用导线将220伏带灯座白炽灯泡和开关串联安装在电工用实验板上，然后连接在交流电源220伏输出端，在检查串联无误和保证安全的条件下，接触电源，合上开关，可观察到：白炽灯发光，说明线路器材完好。
实验2将自制带电极玻璃体安装在220伏白炽灯座上，再将其串联安装在上述实验1的线路之中，在检查整个串联无误和保证安全的条件下，接通电源，合上开关，可观察到：白炽灯不发光，说明自制带电极玻璃体不导电，可以证明此玻璃体具有绝缘性，说明“玻璃是相当良好的绝缘体”（九年义务教育三年制初级教科书物理《导体和绝缘》一课中结论）。
实验3上述实验2通电时，用酒精喷灯外焰加热自制带电极玻璃体，当玻璃体被加热达到红炽状态时，可观察到：白炽灯发光，说明自制带电极玻璃体导电，可以证明此玻璃体具有导电性，此时的玻璃体是导电体。上述实验证明玻璃既可以是绝缘体又可能是导电体。具体原因估计与玻璃的原子分子结构及温度效应有关。
2011高考物理知识点总结42：磁场对运动电荷的作用-洛仑兹力
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2011高考物理知识点总结33：磁场对电流的作用——安培力
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高一物理学习方法：课前、课堂、课后多管齐下
文章摘要：我们由初中升入高中，学习物理的积极性很高，但经过一段时间的学习(一般是入校到期中测验前)，发现自己虽然很努力，但学习效果却不好，很多学生不解：为何初中物理学的还可以，到了高中却常常不及格，时常有问题分析“听得懂，不会做”，甚至“怎么也听不懂”的抱怨。家长十分着急，部分青年教师也茫然，造成这种现象…
我们由初中升入高中，学习物理的积极性很高，但经过一段时间的学习（一般是入校到期中测验前），发现自己虽然很努力，但学习效果却不好，很多学生不解：为何初中物理学的还可以，到了高中却常常不及格，时常有问题分析“听得懂，不会做”，甚至“怎么也听不懂”的抱怨。家长十分着急，部分青年教师也茫然，造成这种现象的原因是我们作为高一新生还没有实现初高中物理台阶的跨越。
一、初高中产生台阶的原因
1、初高中物理知识本身的差异。
（1）初中物理具有形象性、直接性、经验性的特点，以形象思维为主，主要通过对现象的观察和演示实验使学生建立物理概念认识其规律，获得定性知识。高中物理具有概括性、间接性、逻辑性的特点，抽象思维为主，如高一物理所讲的摩擦力产生条件、静摩擦力方向、物体受力分析、力的合成与分解、瞬时速度、加速度等，都要求学生具有较强的抽象思维能力。刚进入高中的学生对从形象思维到抽象思维的跨越难以适应。
（2）初中物理以定性分析为主，定量计算非常简单，而高中物理不但要定性分析，而且还要进行大量、复杂的定量计算，刚进入高一的学生对这种从定性到定量的突变不适应。
（3）初中物理习题以简单理论和算术计算为主，而高中以逻辑推理代数计算为主，大量运用三角函数、直角坐标系、相似三角形、方程等解决物理问题。高中力学中矢量较多，如：力、速度、加速度、动量、冲量等，学生必须先进行正确的分析、判断，确定矢量方向，然后选取正方向，简化为代数运算，这一步骤本身就要求学生对矢量有正确理解。其次，正负号使用多样化，在高中物理的分析和运算中“+、-号”用途较广，意义各不相同，不能混淆。例如：“+、-”号可以表示矢量的相反方向、过程的方向、表示势能的大小及变化的情况等，这使得不少学生产生了混乱，把物理运算当成了纯数学运算，分不清”+、-”号的物理意义，当然不能得出正确的结论。
2、学生学习心理的主观台阶。
(1)思维过渡困难。根据皮亚杰的儿童思维发展理论，中学生思维处于从具体运算阶段向形式运算阶段过渡，即从初步逻辑思维向抽象思维过渡。初中生的思维处于具体运算阶段，此时他们能进行初步的逻辑思维，但还离不开具体事物的支持。初中物理研究的是实实在在的物体，物理知识也是建立在形象思维的基础上，初中物理学习内容基本适应学生的思维发展水平。但高中物理研究对象大多是理想模型，要求学生更多地运用抽象思维来获得物理知识，要求学生在头脑中把形式和内容分开，离开具体事物，根据假设来进行逻辑推演。多数高一学生的抽象思维正从经验性思维向理论性思维过渡，其中经验思维仍占优势，思维在很大程度上仍依靠具体经验材料，不善于从理论上进行演绎推导。而高中物理有相当严密的推理系统，始终强调抽象思维，学生的思维水平很难马上适应高中物理思维抽象程度的要求，故造成了进一步学习物理的困难。
（2）先入为主障碍。调查发现，未进敫咧星埃被他人告?quot;高中物理难学"的学生占50%以上，这在“中”等生中尤为明显(比例达70%)。而“好”、“差”生中较少(比例分别为15%，22%).可见在对高中物理一无所知的情况下，半数以上的学生，对物理学科存在着畏惧感。这种先入为主的人为因素，使学生产生畏惧心理，对能否学好物理产生动摇，失去了信心，给高中物理教学造成了无形的障碍。
（3）认知结构重建。高中物理相对于初中物理而言，是具有更强包括性的上位知识，对上位知识的学习应重新组织认知结构，把原来已有的相应的下位知识，作为理解和支持新的上位知识的生长点。掌握了上位知识，下位知识不难由此记忆或导出。但原有的知识结构往往对更新认知结构产生障碍作用。经验性错误和原有知识的负反馈影响正确概念的形成。其一，学生对日常生活中原有的一些认识，包括不少浮浅或错误的认识，影响学好新的物理知识。如“力是改变物体运动状态、产生加速度的原因”。而许多学生由“物体不拉不推不动”的错误认识，得出物体滑上斜坡的过程中一定有拉力或推力作用；飞行中的子弹必然还有一个向前冲力的作用等错误结论。其二，“相关知识”的影响。学生在初中学过的较简单概念、定律，掌握不好或形成“思维定势”，影响其知识的扩展和延伸。例如：把作用力、反作用力与二力平衡相混淆;把放在斜面上的物体认为其重力的大小等于斜面对物体的支持力等。其三，“相似经验”的影响。熟悉的、简单的物理知识同新的物理知识相混淆。如：把动量P=mv和动能Ek=1/2mv2相混淆等。
3、学生学习方法的台阶。
初中生掌握物理知识习惯于教师多讲、细讲，解决物理问题从头到尾，步步不缺，教师也常为学生指出重点、难点，要学生背牢记熟，对于如何指导学生认真读书、建立物理情景、分析物理过程，极少考虑。学生逐渐养成了死记硬背的呆板学习方法。高中物理学习要求学生能在教师指导下独立主动地去获取知识，教师在教学中主要是精讲，帮助学生在头脑中建立完整的物理情景，灵活运用学过的知识去解决各种实际问题，让学生独立思考和总结课堂学习的知识，独立完成实验，培养学生的自学能力。
二、如何做好高中物理学习的准备
1、端正心态，正确的面对高中物理学习。
由于先入为主的障碍，许多学生还未入高中就对学习物理失去信心。学生应该明确，高中物理内容与初中大体一样，还是力、热、电、光，只是比初中加深了一点。至于原子物理，一方面内容浅，另一方面在课本中所占比例小，不必害怕和紧张。学生的心理不失去平衡，就会树立能学好物理的信心。
2、做好初高中物理知识的过渡。
高中物理学习的内容在深度和广度上比初中有了很大的增加，研究的物理现象比较复杂。分析物理问题时不仅要从实验出发，有时还要从建立物理模型出发，要从多方面、多层次来探究问题。在物理学习过程中抽象思维多于形象思维，动态思维多于静态思维，需要学生掌握归纳，类比推理和演绎推理方法，特别要具有科学想象能力。
例如：初中物理中描述物体运动状态的物理量有速度（速率）、路程和时间;高中物理描述物体运动状态的物理量有速度、位移、时间、加速度等，其中速度位移和加速度除了有大小还有方向，是矢量。教师应及时指导学生顺应新知识，辨析速度和速率、位移和路程的区别，指导学生掌握建立坐标系选取正方向，然后再列运动学方程的研究方法。用新的知识和新的方法来调整、替代原有的认知结构。避免人为的“走弯路”加高学习物理的台阶。
3、做好学习方法的过渡。
（1）做好课前预习。高中物理的难度相对较大，提前预习可以对课堂学习有很大的帮助，也有助于心理稳定。故一定要做好课前预习准备工作。
（2）课上要认真听讲，主动性思维。高中物理课由于内容较多，逻辑性较强，因此要求学生必须积极参与到课堂中来，做到主动思维，提高课堂学习效率。
（3）学会知识的对比、归纳和梳理。如自由落体运动和抛体运动都可归结为匀变速运动，服从同样的基本规律；再如T=2πl/g(单摆)，T=2πm/k(弹簧振子)，T=2πR/g(地面附近的人造卫星)也都具有共同的特点。归纳和小结，可以使知识条理化、系统化，可以找出各部分知识间的内在联系。
（4）上课记好笔记，每章进行归纳小结。根据老师的要求，养成记录及整理笔记的习惯，做好知识的落实工作。
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