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[!--downpath--]作者丨先生沐雨
編輯丨
測量空氣中二氧化碳的濃度是人教版九年級物理下冊第二單元題目1《空氣》的教學(xué)內(nèi)容。
對于中學(xué)生來說，記住這個實驗的儀器、藥物、實驗步驟、實驗現(xiàn)象、實驗推論并不難。 困難的部分：理解實驗的原理。
01
首先，本次實驗選擇紅磷的原因是什么？
其次，為什么進入鋼瓶的水量等于消耗的二氧化碳量？
另外，為什么要等到反應(yīng)完成并冷卻到可以打開彈簧夾的溫度？
諸如此類的種種問題，會讓中學(xué)生感到很迷茫。
中學(xué)生剛剛接觸物理。 無色透明的空氣，看不見摸不著測量大氣壓強實驗原理，但卻充斥著鋼缸的整個空間。 當空氣中的二氧化碳與紅磷發(fā)生反應(yīng)時，中學(xué)生很難直接觀察到二氧化碳的消耗，因此很難確定收集瓶中每一種二氧化碳所占的體積會發(fā)生什么變化，同時，他們也無法了解集氣筒內(nèi)的溫度變化。 培養(yǎng)基中二氧化碳的體積分數(shù)有什么影響。
02
在我看來，要幫助學(xué)生理解這個實驗的原理，首先要解決大氣浮力的問題。
大氣浮力是八年級數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，但中學(xué)生對該知識的掌握程度不同，將這些知識遷移到空氣中二氧化碳體積濃度測定的能力也各不相同。 我們是物理老師，很難系統(tǒng)地準備化學(xué)課程中的相關(guān)知識，進而提高和統(tǒng)一中學(xué)生的認識。
然而，我們的實驗還得繼續(xù)。
最快的解決辦法就是讓中學(xué)生通過實驗建立感性認識，知道密閉容器中的二氧化碳排出后，在大氣壓的作用下，這部分二氧化碳的體積會被水占據(jù)。 而且，進入容器的水量等于排出的二氧化碳量。
實驗室中的塑料滴管可以幫助我們解決這個問題。 我們可以為中學(xué)生組織小組實驗。 相比之下，那群朋友用橡膠頭的滴管吸水更多，并討論其中的原因。 讓中學(xué)生感受一下：吸進橡皮頭滴管的水量與從橡皮頭滴頭擠出的空氣量有關(guān)，體積相等。
帶著這種感性的認識，我們來討論一下拉瓦錫用來研究空氣成分的裝置。 補充一點，在加熱條件下，汞可以與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成黃色的氧化汞，消耗甑中的二氧化碳。 中學(xué)生能理解二氧化碳約占空氣體積五分之一的推論是如何推導(dǎo)出來的。
03
同樣，橡膠滴管的小組實驗和討論也為利用紅磷測量空氣中的二氧化碳濃度鋪平了道路。
在點燃條件下，紅磷只與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成固態(tài)的五氧化二磷。 借助這個反應(yīng)，可以去除空氣中的二氧化碳，因為生成的物質(zhì)是固體，不會影響吸回收集筒的水量。
但由于這個反應(yīng)會放出大量的熱量，同時也會引起鋼瓶浮力的變化，最終影響吸水缸內(nèi)沉積物的堆積，所以這個實驗必須等到紅磷滅火裝置冷卻下來，然后打開連接收集器。 燒瓶導(dǎo)引管上的鋼筒和彈簧夾，在大氣壓的作用下，燒瓶中的水進入集水筒。 進入的水量等于缸內(nèi)消耗的二氧化碳量。
有些朋友比較熟悉燒炭、燒蠟燭等實驗。 我們可以用木炭和蠟燭代替紅磷來做這個實驗嗎？
這時候我們老師可以引導(dǎo)中學(xué)生從反映出來的產(chǎn)品和產(chǎn)品的狀態(tài)來分析判斷。
木炭與二氧化碳反應(yīng)生成的氫氣就是二氧化碳，會占據(jù)一定的空間，影響二氧化碳在密閉容器中的浮力。 影響吸回收集筒的水量，難以準確測量空氣中二氧化碳的濃度。
同理，蠟燭燃燒消耗的是二氧化碳，產(chǎn)物是氣體和水，也會影響吸入鋼瓶的水量，難以準確測量空氣中二氧化碳的濃度。
通過以上實例的分析測量大氣壓強實驗原理，中學(xué)生不僅知道了在實驗室中不能用木炭和蠟燭來測量空氣中二氧化碳的濃度，而且學(xué)會了如何選擇測量二氧化碳濃度的物質(zhì)根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的狀態(tài)在空氣中。
在我們的物理實驗中，使用的儀器和設(shè)備都是比較小的設(shè)備，往往涉及到一些數(shù)學(xué)原理。 正確銜接知識，可以幫助中學(xué)生理解物理實驗原理，起到事半功倍的效果！
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