陳勇+周良建

摘要：在已有參考文獻(xiàn)介紹的“通入法”和“隔離法”改進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)二氧化碳熄滅蠟燭火焰的實(shí)驗(yàn)裝置作了進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。所得新裝置具有構(gòu)思巧妙、裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)成功率高等特點(diǎn)。探究還發(fā)現(xiàn)，若用干冰代替二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀生動(dòng)，實(shí)驗(yàn)效果明顯提高。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；熄滅蠟燭；裝置設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）6–0068–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)目的

1.1 概述及問題提出

“二氧化碳熄滅蠟燭火焰實(shí)驗(yàn)”在初中化學(xué)各種版本教科書[1～4]中均有出現(xiàn)，它對(duì)于幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)“通常情況下，二氧化碳密度比空氣大，不能燃燒，也不支持燃燒的性質(zhì)”有著直觀的詮釋。但在實(shí)驗(yàn)過程中，操作稍有不慎則會(huì)出現(xiàn)蠟燭不熄滅、上層蠟燭先熄滅或兩支蠟燭同時(shí)熄滅等情況。為此，很多教師選擇播放視頻，甚至講解實(shí)驗(yàn)。讓原本直觀、生動(dòng)、真實(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景無法呈現(xiàn)。

1.2 已有改進(jìn)裝置

仔細(xì)分析同行們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置大致分為以下兩類：

（1）以鄧九皋[5]，門波[6]，謝丹敏[7]為代表的“通入法”改進(jìn)裝置（圖1）；

（2）以李靜芬[8]，李娜[9]，趙映荷[10]，周云標(biāo)[11]，張道飛[12]，張明華[13]為代表的“隔離法”改進(jìn)裝置（圖2）。

兩種類型方案各有優(yōu)點(diǎn)，其共同目的都是防止二氧化碳先與上層蠟燭接觸。

1.3 對(duì)比方案，優(yōu)化整合再改進(jìn)

將教科書中該實(shí)驗(yàn)裝置與已有改進(jìn)裝置進(jìn)行比較，不難看出教科書中實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作便捷、容易觀察，但實(shí)驗(yàn)成功率較低；已有改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置雖然提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，但部分裝置還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、影響實(shí)驗(yàn)觀察、不利于學(xué)生操作等不足。因此，將教科書實(shí)驗(yàn)裝置與已有改進(jìn)裝置進(jìn)行優(yōu)化整合，邊改進(jìn)、邊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、邊總結(jié)便成為將該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再改進(jìn)的總體思路。

對(duì)已有改進(jìn)裝置進(jìn)行實(shí)際操作和研究后發(fā)現(xiàn)，“通入法”改進(jìn)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于二氧化碳通過導(dǎo)管進(jìn)入燒杯時(shí)氣流穩(wěn)定，且受外界空氣流動(dòng)影響較小，有利于二氧化碳?xì)怏w快速進(jìn)入燒杯底部促進(jìn)實(shí)驗(yàn)成功?！案綦x法”改進(jìn)裝置的優(yōu)點(diǎn)則是通過利用器材有效阻隔二氧化碳與上層蠟燭先接觸，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。利用上述裝置的優(yōu)點(diǎn)，并汲取相關(guān)文獻(xiàn)[14～17]中關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)處，對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置再次進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)，多次反復(fù)，最終得到具有如下優(yōu)點(diǎn)的新裝置。

2 再改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置制作

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

石灰石、稀鹽酸、0.2mm厚金屬鋁片、打孔器、蠟燭、火柴、250mL集氣瓶（1個(gè)）、500mL燒杯（1個(gè)）、玻璃片（以上實(shí)驗(yàn)用品均在實(shí)驗(yàn)室中可找到）

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由“寬背板”金屬階梯（以下簡(jiǎn)稱“金屬階梯”）和燒杯兩部分組成。金屬階梯放入燒杯，a、b兩側(cè)與燒杯壁緊貼，c處與燒杯另一側(cè)底部和杯壁接觸（見圖3）。此時(shí)，燒杯內(nèi)分成A、B兩個(gè)區(qū)域（見圖4），點(diǎn)燃蠟燭后燒杯中A“冷”、B“熱”，B區(qū)空氣受熱迅速上升，造成A區(qū)冷空氣迅速下降形成空氣流動(dòng)，便于A區(qū)倒入的二氧化碳迅速通過階梯下方懸空區(qū)域?qū)ο聦酉灎T形成“合圍”促使其先熄滅，最終使蠟燭由下至上依次熄滅。

2.3 “金屬階梯”制作

金屬階梯通常使用0.2mm厚的金屬鋁板制成，根據(jù)圖5所示將金屬板裁切為橫向“甲”字形，長(zhǎng)×寬比例與燒杯大小關(guān)系如圖5、圖6所示，圖5中“K”長(zhǎng)度略大于所用燒杯高度，“P”為階梯高度差；利用打孔器在階梯位置中部開孔，孔徑略小于蠟燭直徑，便于將蠟燭旋轉(zhuǎn)插入小孔并固定；最后按虛線折疊呈階梯狀，即可一次成型長(zhǎng)期使用。

3 裝置的優(yōu)點(diǎn)

3.1 裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便

經(jīng)過再改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置具有“器材少、操作少、失誤少”的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)裝置所用儀器僅三部分，即：金屬階梯（帶蠟燭）、燒杯和集氣瓶。裝置中蠟燭固定在金屬階梯小孔上，避免了實(shí)驗(yàn)過程中蠟燭意外掉落。操作時(shí)取下集氣瓶口玻璃片，將二氧化碳從燒杯A區(qū)倒入而不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

對(duì)二氧化碳傾倒快慢是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究中發(fā)現(xiàn)，正常傾倒（略有快慢）的過程中使用該裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不造成影響（見表1）。

3.2 師生可用，成功率高

通過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置不僅適合教師在課堂中演示，更適用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。近兩年，我校28個(gè)教學(xué)班使用該裝置進(jìn)行課堂演示和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，成功率均為100%。

在對(duì)該裝置點(diǎn)燃蠟燭后以不同速度倒入二氧化碳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察記錄中發(fā)現(xiàn)（見表2），2min內(nèi)倒入二氧化碳，實(shí)驗(yàn)成功率均為100%，有效避免了因蠟燭點(diǎn)燃時(shí)間過長(zhǎng)，燒杯內(nèi)熱空氣上升，無法倒入二氧化碳?xì)怏w造成實(shí)驗(yàn)失敗的情況。

3.3 巧用干冰，現(xiàn)象直觀生動(dòng)

若將干冰放入集氣瓶中，利用升華吸熱產(chǎn)生呈“白霧”狀的二氧化碳?xì)怏w倒入燒杯，可“勾畫”出二氧化碳進(jìn)入裝置的整個(gè)過程，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀生動(dòng)，更加利于學(xué)生理解二氧化碳的相關(guān)性質(zhì)。通過增加該實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)集氣瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生“白霧”現(xiàn)象進(jìn)行觀察，并觸摸瓶壁，便于學(xué)生認(rèn)識(shí)干冰的性質(zhì)及用途，有效填補(bǔ)了教材中對(duì)干冰用途介紹僅有文字描述和圖片展示的空白。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與優(yōu)化是化學(xué)教師探討的永恒話題，讓實(shí)驗(yàn)裝置更簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)操作更方便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀、實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠勢(shì)必成為我們永遠(yuǎn)追尋的目標(biāo)。

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