湖北省十堰市東風(fēng)第三中學(xué)(442000) 侯 倩

湖北省十堰市東風(fēng)第四中學(xué)(442000) 林 敏

1 實(shí)驗(yàn)背景

根據(jù)人民教育出版社9年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第一單元的教學(xué)內(nèi)容,筆者組織學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),教學(xué)活動(dòng)安排如下。

1.1 探究

分別取2塊干燥的玻璃片或鏡片,對(duì)著其中1塊哈氣,對(duì)比觀察2 塊玻璃片或鏡片上發(fā)生的現(xiàn)象。由此得出結(jié)論,空氣中水蒸氣含量比呼出氣體中水蒸氣含量低。

1.2 實(shí)驗(yàn)中存在的問題

1.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論無法讓學(xué)生信服

放在空氣中的玻璃瓶無現(xiàn)象,但如果把冷藏后的玻璃瓶放在空氣中,瓶壁會(huì)出現(xiàn)水霧,說明空氣中含有水蒸氣,教材中溫度較高的呼出氣體遇干燥而冷的玻璃片表面也會(huì)出現(xiàn)水霧,說明空氣和呼出氣體中都含有水蒸氣。但是不足以證明空氣中水蒸氣含量比呼出氣體中水蒸氣含量低。教材中實(shí)驗(yàn),空氣和呼出氣體溫度不同,所以導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異,以9年級(jí)學(xué)生對(duì)相應(yīng)物理知識(shí)的掌握程度,該實(shí)驗(yàn)很難讓學(xué)生信服實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯

(1)氣溫影響

該實(shí)驗(yàn)受氣溫影響較大,按教學(xué)進(jìn)度此實(shí)驗(yàn)時(shí)間大致在9月初,溫度相對(duì)較高,對(duì)著玻璃片哈氣很難觀察到明顯現(xiàn)象。

(2)器材影響

①玻璃片不干燥：有些學(xué)校的班級(jí)較多,上一節(jié)課一個(gè)班做了實(shí)驗(yàn),緊接著下一節(jié)課另一個(gè)班接著做,很多小組只是簡(jiǎn)單用紙擦了玻璃片就對(duì)其哈氣,實(shí)際上玻璃片上還有水,所以現(xiàn)象不明顯。

②玻璃片不干凈：由于玻璃片在放置過程中會(huì)粘附少量灰塵,呼氣時(shí)水蒸氣與塵土接觸,觀察不到水霧出現(xiàn)。有的玻璃片上有污垢,對(duì)其哈氣時(shí)出現(xiàn)的是污垢的痕跡,而不是有水霧的現(xiàn)象。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

變色硅膠、Y 形管、2個(gè)U 型管、玻璃導(dǎo)管、橡皮管、棉花、2個(gè)鐵架臺(tái)、4個(gè)單孔橡皮塞、2個(gè)彈簧夾、濕度傳感器、分析天平、封口袋。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,用到了1 個(gè)Y 形管、2個(gè)U 型管,在U 型管中加入棉花和干燥劑。實(shí)驗(yàn)時(shí)打開彈簧夾A、關(guān)閉彈簧夾B 吸氣,讓吸入的空氣通過左側(cè)U 型管,之后關(guān)閉彈簧夾A、打開彈簧夾B呼氣,讓呼出的氣體通過右側(cè)U 型管,吸氣呼氣交替進(jìn)行,次數(shù)相等。用等質(zhì)量的干燥劑同時(shí)吸收水蒸氣,實(shí)驗(yàn)前后分別稱量2只U 型管的質(zhì)量,計(jì)算出通入空氣的U 型管質(zhì)量變化Δm1以及通入呼出氣體的U 型管質(zhì)量變化Δm2,求出Δm2/Δm1的值。

圖1 干燥劑測(cè)量水蒸氣含量實(shí)驗(yàn)裝置

濕度傳感器測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,同時(shí)測(cè)量空氣和呼出氣體中水蒸氣含量,求出比值。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

(1)實(shí)驗(yàn)前往U 型干燥管中塞一團(tuán)棉花,防止呼吸時(shí)硅膠顆粒進(jìn)入導(dǎo)管,堵塞導(dǎo)管。

(2)天平歸零,準(zhǔn)確稱量干燥劑的質(zhì)量,為了控制變量,統(tǒng)一稱取2g干燥劑,裝入U(xiǎn) 型管中。

(3)分別稱量2只U 型管的質(zhì)量,并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖2 濕度傳感器測(cè)量水蒸氣含量實(shí)驗(yàn)裝置

(4)連接實(shí)驗(yàn)裝置,開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)打開彈簧夾A、關(guān)閉彈簧夾B 吸氣,讓吸入的空氣通過左側(cè)U 型管,之后關(guān)閉彈簧夾A、打開彈簧夾B 呼氣,讓呼出的氣體通過右側(cè)U 型管,吸氣呼氣交替進(jìn)行,次數(shù)相等。

(5)觀察干燥劑顏色的變化,并再次稱量2只U 型管的質(zhì)量,記錄數(shù)據(jù)。

(6)計(jì)算出通入空氣的U 形管質(zhì)量變化Δm1以及通入呼出氣體的U 形管質(zhì)量變化Δm2,求出Δm2/Δm1的值。數(shù)據(jù)處理過程見表1。

可得出結(jié)論：呼出氣體中水蒸氣含量比空氣中水蒸氣含量高,且呼出氣體中水蒸氣含量是空氣中水蒸氣含量的2.24倍。

(7)再次探究——濕度傳感器

將2支濕度傳感器一支置于空氣中,另一支置于封口袋內(nèi),排盡袋內(nèi)空氣后,用玻璃管向袋內(nèi)呼氣直至示數(shù)穩(wěn)定,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,具體內(nèi)容見表2。

表1 對(duì)人體吸入的空氣和呼出的氣體中水蒸氣含量的探究

表2 用濕度傳感器測(cè)量

可得出結(jié)論：呼出氣體中水蒸氣含量為空氣中水蒸氣含量的1.56倍,與通過干燥劑測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差距不大。

3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)克服氣溫影響、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果：選用變色硅膠作為干燥劑,變色硅膠呈深藍(lán)色,吸收水蒸氣后會(huì)變成粉紅色,既可以通過顏色變化來顯示水蒸氣的多少,又可以作為干燥劑吸收水蒸氣。如果選用無水硫酸銅,無水硫酸銅遇水變藍(lán),但是變藍(lán)的現(xiàn)象并不明顯。而且無水硫酸銅呈粉末狀,又有一定的毒性,在呼吸的過程中可能被吸入,對(duì)身體造成傷害。

(2)量化實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)由同一人吸氣呼氣交替進(jìn)行,且吸氣呼氣次數(shù)相等,因此吸入的空氣和呼出氣體的體積大致相等,用等質(zhì)量的干燥劑同時(shí)吸收空氣和呼出氣體中的水蒸氣,再用分析天平進(jìn)行稱量,得出水蒸氣含量。

使用濕度傳感器分別測(cè)量空氣和呼出氣體中的水蒸氣含量,讓數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

4 結(jié)束語

相比教材實(shí)驗(yàn),該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能水平要求較高,如果學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能水平較低,對(duì)教學(xué)效果會(huì)有一定影響。同時(shí),由于條件限制,無法在課堂上使用更精確的氣體流量計(jì)來計(jì)量通過干燥劑的空氣和呼出的氣體的體積,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)有誤差,并且氣體中水蒸氣的含量與空氣濕度、個(gè)人體質(zhì)狀況以及干燥劑的吸收能力等因素有關(guān),所以實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選取多種干燥劑進(jìn)行多次測(cè)量。