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1、植物电容性现象的发现与探索第1页，本讲稿共33页 摘要摘要电容器是电子线路与电器的重要元件，小到收录机大到电脑计算机都离不开它。电容器的种类很多，变电站里的巨型电容器比人还高，微电子技术中用的电容器小如米粒，电容被广泛应用于电子技术，充分反映了电容的使用价值极高。植物体具有许多电学现象，如具有一定的体电阻、生物电流等是大家都熟悉的。植物电容性的发现、对植物电容的测定、植物电容的机理、研究价值和展望，本课题在这方面做了一些探究。第2页，本讲稿共33页植物电容性的发现过程植物电容性的发现过程创新梦在这里孕育一文吸引了我的注意阅读此篇后，进行了类似实验将两根电极探针插入芦荟叶子时发现，电流在瞬间先变
2、大后逐渐减小，再将两根电极探针互换位置，发现电流在瞬间又发生先变大后逐渐减小的现象。如同电容器工作原理的充放电过程。让我想到植物是否具有电容性第3页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程一一.参阅资料，了解电容器的充放电原参阅资料，了解电容器的充放电原理理1.电容的充电过程如图（1）所示的电路中，在开关K未合上前电路未经充电，电容器上的电压为零。合上开关，电源经R对电容C充电。由于电容上的电压不会突变，即在开关合上的一瞬间，电容C有如短路一样，电路中电流I很大。此后由于电荷不断地在电容C的极板积累，使得I不断下降。当电容电压等于时，I=0，充电结束。其外在表现：若在电路中接上一只电流表。
3、开关闭合后开始，指针有一个冲高回落的过程。RK(t=0)IUR(1)UC图（1）第4页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程2.电容的放电过程如图(2)所示为电容器的放电电路。在开关闭合前电容C已被充电，电容器极板间电压为UC，当K闭合后电路接通。电容极板上的电荷开始被中和，电压UC逐渐变小，电流I由大逐渐减小。当I=0时放电过程结束。其外在表现：若在电路中连接一只电流表，从K闭合开始指针也是一个冲高下落的过程。KRURUC(2)I+-图（2）分析与结论：电容器充放电过程在电流表上的外在表现与芦荟在万用表上体现的现象相同，芦荟可能具有电容性。第5页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究
4、过程二、构建体现植物电容的充放电现象的测试电路、二、构建体现植物电容的充放电现象的测试电路、实验与结论实验与结论1构建体现植物电容的充放电现象的测试电路构建体现植物电容的充放电现象的测试电路转换开关K，双刀双掷开关；电源E：1.5V干电池。电阻R：充放电时的限流电阻。电流表A：250A 电流表。图（3）第6页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程把图3左边的接线柱接上探针，插入芦荟的叶中，开关K拨到1处，观测电流表A，就能看到电流冲高回落的充电过程；然后把开关拨到2处，又能看到电流的冲高回落的放电过程。2植物类的充放电现象的测试实验植物类的充放电现象的测试实验视频（1）第7页，本讲稿共3
5、3页3植物电容性实验结果的分析与结论植物电容性实验结果的分析与结论2.充电达到稳态的电流约是冲高电流的1/4。通过实验发现：1.芦荟在电流表上表现出类似电容器的充放电现象与时间有关。随着时间的延长电流表指针偏转的程度逐渐变小最终到达一个稳定状态。3.放电稳态电流约是冲高电流的1/2。4.芦荟的电荷累积慢，充放电过程长。第8页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程一台七管半导体收音机有六只电解电容。分别用植物（芦荟）电容取代。有五只电容器替代后，完全可以正常收听。仅有一只电容无法替代收听。并随着金属探针间距的不断靠近音质逐渐变清晰。将金属探针插入松柏针叶、花瓣、萝卜、番茄、苹果体内都能得到
6、同样的结果。三三.进行电容替代实验进行电容替代实验1.一台七管半导体收音机中的电解电容器进行替代，一台七管半导体收音机中的电解电容器进行替代，视频（2）第9页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程2利用植物电容进行延时关灯实验：利用植物电容进行延时关灯实验：K1：单刀单掷开关(开关灯）K2:单刀双掷开关（选择电容）R1，R2：限流电阻C1，C2：电容器E：6v直流电源LED：发光二极管T：三级晶体管=100通过实验可得：芦荟的电容量较大，放电电流较小，与电解电容相比效果相当几十F，延时可达1015秒。图（4）视频（3）第10页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程四、植物电容的充放
7、电现象与电解电容进行比较四、植物电容的充放电现象与电解电容进行比较1电解电容第11页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程2芦荟叶片插入两电极分析与结论：芦荟的电容能达到几十F电解电容充放电功能第12页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程五五.用电容计测得的植物电容值用电容计测得的植物电容值第13页，本讲稿共33页探索及研究过程探索及研究过程由以上测量数据可知：A宽叶植物的电容较大，但宽叶植物中的冬青、桂花树叶（这些叶子质地较硬）的电容很小；针状植物的电容较小；花瓣的电容中等；果实的电容较大。B探针间距越大电容越小，间距越小电容越大，基本上成反比关系。C探针与叶面平行插入，正对面
8、积增大，电容明显增加。D植物叶内水份越多（细胞质越稀）电容越大，叶内水份越少（细胞质越浓）电容越小。第14页，本讲稿共33页植物电容的机理植物电容的机理对于植物电容来说，我认为它对电容的影响可能与植物细胞的大小、细胞质的组成、细胞间距和细胞壁之间的物质等有关。两探针与植物组成的电容器可以设想为：植物叶子由大量细胞组成，两根金属探针插破的很多细胞（涂了颜色的细胞）组成两块类似平行板电容器的两块极板，两块极板之间的细胞、细胞壁间物质组成类似电容器的电介质。第15页，本讲稿共33页问题与思考平行板电容公式：（CS/d）。这种金属探针插入植物体内构成的电容器的电容值也基本上符合平行板电容器的电容公式。
9、问题：植物电容的值（这是一种粗略测定）能达到几百几千nF电解电容充放电功能。然而，用数字万用表电容档测量的植物电容值（这是一种精确测定）只有几个几百个nf，它们之间相差上百倍这可能与测量方法、测量的仪器、还可能与外加电压的高低、外加电压对细胞的影响等有关。第16页，本讲稿共33页生物电容性现象的证实进入上海交通大学生命科学技术学院后，在著名生物学专家，博士生导师，国家教育名师奖获得者张惟杰教授的指导与帮助下，查阅了国内外一些资料，了解到生物的确存在电容性。第17页，本讲稿共33页生物的电容性探讨生物的电容性探讨1.电容的电容量随着通电时间的延长而增加。2.容量很大非以往的电容计算公式所能表达。
10、3.惰性大放电不易完全。同时在研究过程中还发现生物电容与无生命的电解电容有所不同。第18页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨我自制了一台简易电流放大器。用这台仪器对芦荟进行了测试，根据实测数据，我绘制了七张曲线图。第19页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图一第20页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图二第21页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨（1）无论加正向电压还是反向电压，生命战斗期的长短都差不多。只是加反向电压时，生命战斗期内，生物体电阻的变动要比加正向电压时大。（2）如果稳定后，改变极性，其它原封不动，则生命战斗期明显缩短，这有利于生物体在交变电压作用下所呈现的电容性，使生物电容能与电解电容
11、一样发挥作用。（3）无论先加正向电压还是反向电压，稳定后所呈现的电阻总是比极性变化前稳定后所呈现的电阻大。说明生物电阻有方向性。不是定位。由图一，图二曲线得：第22页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨我用带孔塑料罩，内放点燃蚊香，罩住被测芦荟制造污染环境，由图三，图四曲线得：盆栽大芦荟，加反向电压，流过大电流（微安级）时，在污染环境中，体电阻变化最大。第23页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图三第24页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图四第25页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图五第26页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图六第27页，本讲稿共33页生物电阻性的探讨图七第28页，本讲稿共33页生物
12、电阻性的探讨图五，六，七得出：在污染环境下，晚上体电阻变化要比白天大。结论：在污染环境下，生物体电阻的变化反向电压比正向大，大电流比小电流大，大芦荟比小芦荟大，晚上比白天大建议：如果欲将芦荟的体电阻作为环境污染的感测参数，则必须用大芦荟加反向电压（叶尖负，叶根正）大电流（微安级）遮光等措施，才能收到较好的效果。第29页，本讲稿共33页总结所有曲线都显示：生物体通电加固定电压，随着时间的延长，其电流都呈现出冲高回落，经过一阵干扰，骚动后，再逐渐趋于平稳。整个过程可分成三个阶段。第一阶段，电流冲高回落具有电容充电特征，命名为电容期；第二阶段，电流忽高忽低，无规则的上下变动，说明生命在抵御外来的干扰
13、，骚动，命名它为生命战斗期；第三阶段电流趣于稳定，具有电阻特性，故命名为电阻期。生命的战期为生物所特有。生命科学对生物电特性的研究看来就是研究这段生命战斗期。拿动物而言，“生”是电容期，充放电，每天在进行新陈代谢。“死”是生命终止，稳定平稳是电阻期。生与死之间都有一段生命战斗期。在这期间，如果生命战胜病魔就能起死还生，否则就成回光返照。生物体在交变电压作用下呈电容性，在恒定电压作用下呈电阻性，这种两重性在生命领域之外是没有的。第30页，本讲稿共33页参考文献1、上海科技教育出版社高级中学课本高二物理2、高等教育出版社电子技术基础康华光主编3、上海科学技术文献出版社模拟电子技术4生物物理学第31页，本讲稿共33页课题获奖情况第十八届英特尔杯上海市青少年发明创新大赛第十八届英特尔杯上海市青少年发明创新大赛三等奖三等奖进进才才科科学学院院院院士士第32页，本讲稿共33页衷心感谢，为本课题提出建议和指导的老师，同学与朋友。第33页，本讲稿共33页