一招挑出甜苹果.docx

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1、苹果甜度与其电阻关系 的研究与应用青岛四中 周圣铠目录一、开题报告二、课题报告记录表三、研究性学习报告开题报告课题名称：一招挑出甜苹果一一苹果甜度与其电阻关系的研究与应用课题组成员：周圣铠指导教师：李泉心常涛班级：青岛四中06级9班简要背景说明:苹果是大家喜欢吃的水果。但要想买到好吃的苹果却不那么容易，以前大家多是靠经验， 选择大的或是红的。但由于苹果品种越来越多，种植方式也在不断变化，以前的经验越来越靠 不住了，于是我决定制作一个甜苹果筛选仪来解决这个问题。课题的目的与意义:课题的目的是制作一个方便、快捷的仪器来检测苹果含糖量的高低，以分辨是甜苹果还是 酸苹果。通过本次研究性学习，我学会了许

2、多探究的方法，并亲自动手实验，充分消化、吸收书本 上的知识。我学会了万用表的使用，焊接电路板的基本方法，以及通过化学方分离混合物的思 路与方法。尤其是创造性的将化学知识和物理知识有机的结合起来，解决实际问题。并且将一 个化学含量问题转换为一个物理电学问题，最终通过一种简易的电子线路完成苹果的筛选问 题。活动计划：1)任务分工：1.制定计划2 .计划实施准备3.活动实施4.分析总结2)活动步骤：分四阶段实施阶段时间主要任务阶段目标一2008.10搜集资料了解影响苹果甜度的因素二2008.11实验研究研究苹果的甜度与其电阻的关系三2008.12设计制作根据实验结论制作一个甜苹果筛选仪四2009.3

3、分析总结以报告、实物、录像、照片形式总结研究结果3)计划访问的专家：化学老师：李泉心物理老师：常涛4)活动所需的条件:实验设备与工具：万用表、电烙铁、钳子、榨汁机、削皮器、化学实验室等实验药品与材料：石灰石、稀盐酸、氢氧化钙、蒸馏水、万能电路板、电子元件等交通工具：公交车等其他：计算机上网 预期的成果 研究报告、制作模型、实验报告表达形式：实物、文字、图片课题名称：了解哪些因素决定苹果的甜度活动时间： 2008.10.1 第1次活动地点：家中 参加活动成员： 周圣铠活动内容：1) 目的：了解决定苹果甜度的相关因素，判断它能否直接用来筛选甜苹果。2) 形式：查阅资料并进行分析3) 过程：通过在互

4、联网上搜索，我了解到甜度是表示甜味高低的量。不过它现在还没有统一的 方法定量地测定，一般凭人们的味觉感官判断。不过，口感可能会因人而异，所以不能作 为唯一的标准，但是可以作为辅助手段。通过查阅有关苹果的资料我们知道苹果含有大量的果糖，而果糖又是常见的糖中最甜 的糖，因此苹果的甜度决定于果糖的含量。我们可以将苹果榨汁，然后用化学方法从果汁 中分离出果糖并称量其质量。虽然果糖的含量与苹果的甜度联系最为紧密，但在实际挑选苹果的时候这是不可行 的，因为测量果糖含量就必须破坏苹果，也就失去了挑选水果的意义。于是我决定寻找另外的量来衡量苹果的甜度。4) 结果：知道了苹果的甜度决定于果糖的含量，但由于实际操

5、作不可行又不得不放弃，去寻找 一个新的简便的量来衡量苹果的甜度。5) 自我评价以及体会：虽然我暂时没有找到可以直接用来判断苹果甜不甜的量，但我不会气馁，一定会坚持 找到一个合适的标准。6) 指导教师评语：虽然用果糖的含量来筛选甜苹果最为准确，但用更实用、可行的方法来替代也不乏灵 活性。课题名称：确定用来衡量苹果甜度的简便标准活动时间： 2008.10.3 第2次活动地点：青岛市图书馆电子阅览室参加活动成员： 周圣铠活动内容：1）目的：确定易操作的、实际可行的、能用来衡量苹果甜度的简便标准2）形式：查阅资料、实验3）过程：通过查阅资料，我了解到苹果的甜度可能与其电阻的大小有一定的关系。我马上找来

6、万用表测量，在测量过程中发现，苹果果皮覆盖的部分是不导电的，但将 苹果的柄拔去后，发现苹果的上部和底部两处向内凹的部分之间是导电的。我选了三个苹果，先测量电阻再进行品尝。发现电阻最小的一个更甜一些。这证明苹 果的甜度的确与其电阻的大小有直接的关系。不过上述实验过于简单，有待于更科学的实验来进行检验。4）结果：知道了苹果的甜度与其电阻的大小有直接的关系。5）自我评价以及体会：虽然我们知道了苹果的甜度与其电阻有直接的关系，但还需要做实验进行检验。6）指导教师评语：同学能够利用网络查阅资料，为今后的探究度确定了方向。课题名称：测量苹果的电阻并与品尝苹果的口感比对实验者：周圣铠实验日期：2008年11

7、月4日地点：家中实验目的：测出苹果的电阻。先品尝苹果口感，再将其榨汁，备用。实验过程：选取四个苹果作为样品，洗净。分别用万用表测量其电阻。在测量过程中发现，苹果果皮 覆盖的部分是不导电的，但将苹果的柄拔去后，发现苹果的上部和底部两处向内凹的部分之间 是导电的。每个苹果测量三次，并取平均值作为结果。测量完毕，削皮并切碎块。取一小块品 尝口感。在乘余相同量的苹果块中加入同量的水，用榨汁机将其榨成汁液，将其装入瓶中。待 第二天实验用。实验数据记录：电阻记录电阻（千欧）第一次第二次第三次平均值A14151514.67B19202120C19202421D27272727口感记录编号ABCD口感甜甜中不

8、甜运用的学科知识：用万用表可以快捷地测量导体的电阻。测量数据应多次测量并取平均值为结果。实验工具、设备：万用表、榨汁机、水果刀等结论：本次实验验证了苹果的上部和底部两处向内凹的部分是导电的。并测量出了苹果的电 阻，还将苹果榨汁，为下一个实验奠定了基础。实验记录者：周圣铠实验指导教师：常涛课题名称：测量苹果的甜度并与品尝苹果的口感比对实验者：周圣铠实验日期：2008年11月5日 地点：化学实验室实验目的：测量并比较果汁样品中的果糖含量，初步得出糖浓度（即甜度）与苹果电阻的关系，得出 一种筛选甜苹果的方法。实验过程：（1）用纱布对果汁样品进行过滤，每份果汁取样200ml。（2）向过滤后的果汁中加入

9、过量氢氧化钙，不断搅拌，静置至不再反应时进行过滤，并对沉 淀物进行洗涤。（3）将滤渣放入适量水中，组装石灰石与稀盐酸反应的装置制一氧化碳气体，将气体通入其 中，并不断搅拌，至不再产生新沉淀时进行过滤。（4）将滤液蒸干，并洗涤、干燥，即将果汁中溶解的果糖分离了出来。（5）用天平称量果糖的质量。（5）分析试验数据，得出结论（6）整理实验台，离开实验室。实验现象：（1）逐渐氢氧化钙时，首先有一部分固体消失（消失的氢氧化钙的量明显多于氢氧化钙在此 条件下的溶解度）；继续加入氢氧化钙，在玻璃棒的搅拌下，形成了悬浊液，一部分氢氧化钙 在烧杯底部沉积。静置后，溶液明显分层。（2）通入过量二氧化碳并静置后，溶

10、液逐渐变清澈。（3）过滤后将滤液蒸干，并洗涤、干燥，得到了白色的固体。（4）用天平称量并换算后的数据如下表所示。实验数据记录：编号ABCD电阻（KQ）14.67202127.7果糖含量（g/100ml）20181715口感甜甜中不甜运用的学科知识：向果汁中加入氢氧化钙使果糖和氢氧化钙形成不溶性化合物，从水溶液中过滤分离出来。 再通入二氧化碳气体，使氢氧化钙与二氧化碳作用，生成溶解度很小的碳酸钙，然后过滤掉碳 酸钙，蒸发水分可得到果糖的结晶体。实验现象及数据的分析：分析实验数据可以得出以下结论：果汁中果糖浓度越高，其电阻越小。我们已知：苹果越甜，果汁中果糖浓度越高。也就是说，苹果越甜，苹果的电阻

11、越小。根据实验和口感比对的结果，还可以得出甜苹果的临界电阻是巨20KQ，也就是说当苹果 的电阻M20KQ时是甜苹果；当苹果的电阻20KQ时是不甜的苹果或酸苹果。我们可以根据这一点来筛选甜苹果。实验工具、设备：化学实验室结论：我们得出了 “苹果甜度越大，其电阻越小，而且临界电阻为20KQ。即苹果的电阻巨20K Q时是甜苹果；苹果的电阻20KQ时是不甜的苹果或酸苹果”的结论，为下一步制作甜苹果筛 选仪提供了理论依据。实验记录者：周圣铠实验指导教师：李泉心课题名称：设计甜苹果筛选仪活动时间：2008.12.19 第3次活动地点：家中参加活动成员： 周圣铠活动内容：D 目的：综合实验得出的结论，查阅有

12、关发光二极管、比较器及其典型电路的资料，设计甜苹 果筛选仪的电路。2）形式：查阅资料、访问专家3）过程：我们通过上网查阅资料，了解到以下知识：（1）普通发光二极管正向压降为1.6-2.1V，工作电流为5-20mA。（2）每个LM339型比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端， 用“ + ”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一 个输入端加一个固定电压做参考电压，另一端加一个待比较的信号电压。当端电 压高于“-”端时，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，相当于输出端 接低电位。在使用时输出端到正电源之间一般须接一只电阻（称为上拉电阻

13、）选不同 阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。完成设计电路。）（3）根据苹果口感比对实验，甜苹果临界电阻为不超过20KQ。（但是众口难调，这个数值 并不一定对所有人都那么合适，这也是可以调整的量。如：15KQ或10KQ等，目前， 暂以20KQ为电阻临界点，4）结果：我设计出了如图的电路：当苹果的电阻小于或等于20kQ时，A点输出高电位，发光二极管正向导通，电流流过使其发光；当苹果的电阻大于20kQ时，A点输出低电位，发光二极管反 向截止，电流不流过发光二极 管，发光二极管不发光。5）自我评价以及体会：通过这次设计电路，我对所学的知识充分理解并加深了认识。6）指导教师评语：能够熟练得掌握电学知

14、识并加以创新，设计出了上述的电路是值得肯定的。课题名称：制作甜苹果筛选仪实验者：周圣铠实验日期：2009年3月18日 地点：家中 实验目的：制作甜苹果检测仪实验过程：按照电路图的设计，焊接出电路板并进行调试直至正常工作。在焊接过程中出现了接触 不良的情况，但经过调试均予以排除。最终制成了预期的甜苹果筛选仪。运用的学科知识：过程中所用到的焊接技术是在学工时学到的，并通过自学学到了更多的知识。实验工具、设备：所需元件1、四节5号干电池、电池座一个2、4.7KQ、10KQ、20 KQ 电阻若干3、发光二极管一个4、表笔一副5、开关一个6、LM339型比较器一个7、导线若干、外壳一个等所需设备1、万用

15、表2、电烙铁3、万用电路板等结果：我们成功地制作出了甜苹果筛选仪。实验记录者：周圣铠实验指导教师：常涛关于苹果甜度与其电阻关系的研究与应 用的研究性学习报告青岛四中周圣铠一、内容摘要我对苹果的甜度与其电阻的关系进行了研究，并运用所得的结论制作了一个甜苹 果筛选仪。二、绪论（一）、研究目的苹果是大家喜欢吃的水果。但要想买到好吃的苹果却不那么容易。于是我决定研 究一下苹果的甜度与那些因素有关，并制作一个甜苹果筛选仪。（二）、研究方法文献资料法、实验探究、研究制作（三）、研究步骤1、选择、确定苹果的电阻为衡量苹果甜度的标准2、通过试验探究苹果的甜度与其电阻的关系，并定义临界点的电阻值3、设计甜苹果筛

16、选仪的电路图4、制作甜苹果筛选仪5、以多种方式总结研究成果三、正文通过查阅资料，我了解到苹果的甜度是表示甜味高低的量。它目前没有统一的方 法定量地测定，一般凭人们的味觉感官判断。味觉和口感可能会因人而异，很难统一。 但是，苹果的资料显示苹果含有大量的果糖，而果糖又是常见的糖中最甜的糖，因此苹 果的甜度取决于苹果中果糖的含量。苹果中果糖的含量我们完全可以用化学方法从果汁 中分离出果糖并称量其质量。从而，将其定量并以此来判定苹果是否甜。然而，用化学方法测量苹果的果糖含量会不可避免地要破坏苹果的完整，同时需 要选用许多化学物质并在化学实验室中进行，在现实生活中是难以实现的。如何将此问题简化，做到现实

17、生活中，简便易行，一直困扰着我，当我发现了苹 果的甜度与其电阻有对应的关系，进而得出苹果的果糖含量于苹果的电阻有对应的关系 后，这些问题全部迎刃而解。至此我创造性的将化学知识和物理知识有机的结合了起来。 将一个化学含量问题转换为一个物理电学问题，并且，最终通过一种简易的电子线路完 成苹果的筛选问题。下面我通过实验研究得出了苹果的甜度与其电阻的关系。在测量电阻的时候，我 偶然发现了苹果的上部和底部两处向内凹的部分是导电的。我对每只苹果测量三次，取 平均值作为结果。下一步测量苹果汁中果糖的含量。先将苹果榨汁，然后向果汁中加入氢氧化钙使 果糖和氢氧化钙形成不溶性化合物，从水溶液中过滤分离出来。再通入

18、二氧化碳气体， 使氢氧化钙与二氧化碳作用，生成溶解度很小的碳酸钙，然后过滤掉碳酸钙，蒸发水分 可得到果糖的固体。进行称量并计算出果糖的含量。最后将果糖的量换算成克每百毫升通过对实验数据的分析，我们得出“苹果甜度越大，其电阻越小，而且临界电阻 为20KQ。即苹果的电阻M20KQ时是甜苹果；苹果的电阻20KQ时是不甜的苹果或酸 苹果”的结论。下面我对甜苹果筛选仪的电路进行了设计。设计过程中遇到了不少困难。最初我 的设计思路是利用电磁继电器。具体方案是使苹果和电磁继电器相连，算出苹果为甜苹 果时的最大电阻，根据电源电压算出此时的电流，使电磁继电器的最小工作电流与之相 等。电磁继电器工作时吸合某个开关

19、，然后实现某个动作（如二极管发光，蜂鸣器作响 等）。不过这种设想很快就被否定了，为了实际应用时方便，电源电压不宜超过12V, 与20k电阻相连，电流只有0.6毫安，电磁继电器不能正常工作。即使电压高达36V （对 人体来说最高的安全电压），也无法满足需求。研究在此时曾一度陷入困境。不过向专家请教之后，我获知了LM339型比较器。 它精确度极高，两输入端的电压之差只要不小于2mV,就可以准确判断。我决定将直 接控制电路改为比较控制电路。我在网上查阅了一些比较器的典型应用电路，研究设计 思路，设计出了如下的电路。工作原理：当苹果的电阻小于或等于20k时，A点输出高电位，发光二极管正向导 通，电流流

20、过使其发光；当苹果的电阻大于20k时，A点输出低电位，发光二极管反向 截止，电流不流过发光二极管，发光二极管不发光。电路设计成功之后，我便决定制作甜苹果筛选仪。我买来了所需的仪器，在专家的 指导之下完成了制作的过程。所需的焊接的知识，一部分实在学工时学到的，另一部分 是通过自学获得的。在制作过程中，我坚持自己动手，有困难自己尝试解决；实在无法 解决，再向专家请教。很快，仪器便制作、调试完毕，以后买苹果的时候就可以带上它了。四、总结与反思通过本次研究性学习，我主要有以下两点心得与体会：一、我认识到了进行科学研究之不易，对科技工作者肃然起敬。我明白了要想成 功，就必须坚忍不拔，有毅力，不能半途而废

21、。我们还要有创造性地解决问题的能力， 才能战胜一个个困难。二、我认为我设计制作出的甜苹果筛选仪很有推广价值，主要表现在以下几个方 面：1、实用性强甜苹果筛选仪可以帮助我们将香甜可口的苹果挑选出来，非常实用。且 操作简便，易于掌握。2、成本低廉制作一个甜苹果筛选仪只需5元，成本低廉。详见下表。制作一个甜苹果筛选仪所需款项表名称单价（元）电池座1电阻0.025发光二极管0.1表笔1开关0.3LM339型比较器1外壳及电路板2合计数量总价（元）10.540.110.11副110.3111253、本仪器经过改造之后，还可以用来筛选其他水果。只要按照本文的研究方式，得出了某种水果的某项指标与其电阻有一定的联 系，并且测算出一个临界值（如水果甜或不甜的电阻的分界值），即可将原来电 路中20k的电阻换成相应数值的电阻，它便有了新的用处。还可以将电路中的20k的电阻换成滑动变阻器，以满足更多的需要。五、参考资料出处1、2、3、4、 tech/2007-8/40616 531158.htm5、