植物電容性現象的發現與探索第1頁，課件共33頁，創作于2023年2月

摘要

電容器是電子線路與電器的重要元件，小到收錄機大到電腦計算機都離不開它。電容器的種類很多，變電站里的巨型電容器比人還高，微電子技術中用的電容器小如米粒，電容被廣泛應用于電子技術，充分反映了電容的使用價值極高。植物體具有許多電學現象，如具有一定的體電阻、生物電流等是大家都熟悉的。植物電容性的發現、對植物電容的測定、植物電容的機理、研究價值和展望，本課題在這方面做了一些探究。第2頁，課件共33頁，創作于2023年2月植物電容性的發現過程《創新夢在這里孕育》一文吸引了我的注意閱讀此篇后，進行了類似實驗

將兩根電極探針插入蘆薈葉子時發現

，電流在瞬間先變大后逐漸減小

，再將兩根電極探針互換位置，發現電流在瞬間又發生先變大后逐漸減小的現象。如同電容器工作原理的充放電過程。讓我想到植物是否具有電容性

第3頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程一.參閱資料，了解電容器的充放電原理1.電容的充電過程如圖（1）所示的電路中，在開關K未合上前電路未經充電，電容器上的電壓為零。合上開關，電源ε經R對電容C充電。由于電容上的電壓不會突變，即在開關合上的一瞬間，電容C有如短路一樣，電路中電流I很大。此后由于電荷不斷地在電容C的極板積累，使得I不斷下降。當電容電壓等于ε時，I=0，充電結束。其外在表現：若在電路中接上一只電流表。開關閉合后開始，指針有一個沖高回落的過程。

RK(t=0)IUR(1)εUC圖（1）第4頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程2.電容的放電過程如圖(2)所示為電容器的放電電路。在開關閉合前電容C已被充電，電容器極板間電壓為UC，當K閉合后電路接通。電容極板上的電荷開始被中和，電壓UC逐漸變小，電流I由大逐漸減小。當I=0時放電過程結束。其外在表現：若在電路中連接一只電流表，從K閉合開始指針也是一個沖高下落的過程。KRURUC(2)I++--圖（2）分析與結論：電容器充放電過程在電流表上的外在表現與蘆薈在萬用表上體現的現象相同，蘆薈可能具有電容性。第5頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程二、構建體現植物電容的充放電現象的測試電路、實驗與結論

1．構建體現植物電容的充放電現象的測試電路轉換開關K，雙刀雙擲開關；電源E：1.5V干電池。電阻R：充放電時的限流電阻。電流表A：250μA電流表。圖（3）第6頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程

把圖3左邊的接線柱接上探針，插入蘆薈的葉中，開關K撥到1處，觀測電流表A，就能看到電流沖高回落的充電過程；然后把開關撥到2處，又能看到電流的沖高回落的放電過程。2．植物類的充放電現象的測試實驗視頻（1）第7頁，課件共33頁，創作于2023年2月3．植物電容性實驗結果的分析與結論

2.充電達到穩態的電流約是沖高電流的1/4。

通過實驗發現：

1.蘆薈在電流表上表現出類似電容器的充放電現象與時間有關。隨著時間的延長電流表指針偏轉的程度逐漸變小最終到達一個穩定狀態。

3.放電穩態電流約是沖高電流的1/2。

4.蘆薈的電荷累積慢，充放電過程長。

第8頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程

一臺七管半導體收音機有六只電解電容。分別用植物（蘆薈）電容取代。有五只電容器替代后，完全可以正常收聽。僅有一只電容無法替代收聽。并隨著金屬探針間距的不斷靠近音質逐漸變清晰。將金屬探針插入松柏針葉、花瓣、蘿卜、番茄、蘋果體內都能得到同樣的結果。三.進行電容替代實驗1.一臺七管半導體收音機中的電解電容器進行替代，

視頻（2）第9頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程

2．利用植物電容進行延時關燈實驗：

K1：

單刀單擲開關(開關燈）K2:單刀雙擲開關（選擇電容）R1，R2：限流電阻C1，C2：電容器E：6v直流電源LED：發光二極管T：

三級晶體管

β=100通過實驗可得：蘆薈的電容量較大，放電電流較小，與電解電容相比效果相當幾十μF，延時可達10~15秒。圖（4）視頻（3）第10頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程四、植物電容的充放電現象與電解電容進行比較1．電解電容第11頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程2．蘆薈葉片插入兩電極分析與結論：蘆薈的電容能達到幾十μF電解電容充放電功能第12頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程五.

用電容計測得的植物電容值第13頁，課件共33頁，創作于2023年2月探索及研究過程由以上測量數據可知：A．寬葉植物的電容較大，但寬葉植物中的冬青、桂花樹葉（這些葉子質地較硬）的電容很小；針狀植物的電容較??；花瓣的電容中等；果實的電容較大。B．探針間距越大電容越小，間距越小電容越大，基本上成反比關系。C．探針與葉面平行插入，正對面積增大，電容明顯增加。D．植物葉內水份越多（細胞質越?。╇娙菰酱螅~內水份越少（細胞質越濃）電容越小。第14頁，課件共33頁，創作于2023年2月植物電容的機理

對于植物電容來說，我認為它對電容的影響可能與植物細胞的大小、細胞質的組成、細胞間距和細胞壁之間的物質等有關。兩探針與植物組成的電容器可以設想為：植物葉子由大量細胞組成，兩根金屬探針插破的很多細胞（涂了顏色的細胞）組成兩塊類似平行板電容器的兩塊極板，兩塊極板之間的細胞、細胞壁間物質組成類似電容器的電介質。

第15頁，課件共33頁，創作于2023年2月問題與思考平行板電容公式：（C∝εS/d）。這種金屬探針插入植物體內構成的電容器的電容值也基本上符合平行板電容器的電容公式。

問題：植物電容的值（這是一種粗略測定）能達到幾百—幾千nF電解電容充放電功能。

然而，用數字萬用表電容檔測量的植物電容值（這是一種精確測定）只有幾個—幾百個nf，它們之間相差上百倍

這可能與測量方法、測量的儀器、還可能與外加電壓的高低、外加電壓對細胞的影響等有關。

第16頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電容性現象的證實進入上海交通大學生命科學技術學院后，在著名生物學專家，博士生導師，國家教育名師獎獲得者張惟杰教授的指導與幫助下，查閱了國內外一些資料，了解到生物的確存在電容性。第17頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物的電容性探討

1.電容的電容量隨著通電時間的延長而增加。2.容量很大非以往的電容計算公式所能表達。3.惰性大放電不易完全。

同時在研究過程中還發現生物電容與無生命的電解電容有所不同。

第18頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討我自制了一臺簡易電流放大器。用這臺儀器對蘆薈進行了測試，根據實測數據，我繪制了七張曲線圖。第19頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖一第20頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖二第21頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討（1）無論加正向電壓還是反向電壓，生命戰斗期的長短都差不多。只是加反向電壓時，生命戰斗期內，生物體電阻的變動要比加正向電壓時大。（2）如果穩定后，改變極性，其它原封不動，則生命戰斗期明顯縮短，這有利于生物體在交變電壓作用下所呈現的電容性，使生物電容能與電解電容一樣發揮作用。（3）無論先加正向電壓還是反向電壓，穩定后所呈現的電阻總是比極性變化前穩定后所呈現的電阻大。說明生物電阻有方向性。不是定位。由圖一，圖二曲線得：

第22頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討

我用帶孔塑料罩，內放點燃蚊香，罩住被測蘆薈制造污染環境，由圖三，圖四曲線得：盆栽大蘆薈，加反向電壓，流過大電流（微安級）時，在污染環境中，體電阻變化最大。第23頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖三第24頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖四第25頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖五第26頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖六第27頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討圖七第28頁，課件共33頁，創作于2023年2月生物電阻性的探討

圖五，六，七得出：在污染環境下，晚上體電阻變化要比白天大。結論：在污染環境下，生物體電阻的變化反向電壓比正向大，大電流比小電流大，大蘆薈比小蘆薈大，晚上比白天大建議：如果欲將蘆薈的體電阻作為環境污染的感測參數，則必須用大蘆薈加反向電壓（葉尖負，葉根正）大電流（微安級）遮光等措施，才能收到較好的效果。第29頁，課件共33頁，創作于2023年2月總結

所有曲線都顯示：生物體通電加固定電壓，隨著時間的延長，其電流都呈現出沖高回落，經過一陣干擾，騷動后，再逐漸趨于平穩。整個過程可分成三個階段。第一階段，電流沖高回落具有電容充電特征，命名為電容期；第二階段，電流忽高忽低，無規則的上下變動，說明生命在抵御外來的干擾，騷動，命名它為生命戰斗期；第三階段電流趣于穩定，具有電阻特性，故命名為電阻期。生命的戰期為生物所特有。生命科學對生物電特性的研究看來就是研究這段生命戰斗期。拿動物而言，“生”是電容期，充放電，每天在進行新陳代謝?！八馈笔巧K止，穩定平穩是電阻期。生與死之間都有一段生命戰斗期。在這期間，如果生命戰勝病魔就能起死還生，否則就成回光返照。生物體在交變電壓作用下呈電容性，在恒定電壓作用下呈電阻性，這種兩重性在生命領域之外是沒有的。第30頁，課件共33頁，創作于2023年2月參考文獻1、上