自制对比实验装置探究人体呼吸作用的原理||实验研究
摘 要： 传统探究人体呼吸作用原理的实验有不少。证明人体呼吸作用产生二氧化碳的实验较多也略微复杂一些, 要分两步进行。而巧妙使用单向阀则让此探究实验既操作简单, 又对比明显, 安全性高。另外, 证明人体呼吸作用消耗氧气的实验不多。由于教材上的对比实验用到了木条来进行操作, 存在许多的不确定因素, 使得燃着的木条较难熄灭或对比不明显。使用本自制对比实验装置则顺利地解决了以上难题。
关键词： 呼吸作用; 二氧化碳; 氧气; 单向阀; 蜡烛;
一、探究人体吸入空气与呼出气体中二氧化碳含量的高低
(一) 设计背景
初中化学比较人体吸入空气与呼出气体中二氧化碳含量的实验, 通常是准备两瓶气体, 一瓶是空气, 一瓶是用排水法收集好的呼出气体, 再分别滴入相同滴数的澄清石灰水, 振荡, 可见贮有空气的集气瓶中石灰水基本不变, 而贮有呼出气体的集气瓶中石灰水明显变浑浊了, 说明呼出气体中二氧化碳的含量高于吸入空气中二氧化碳的含量。实际操作中既要事先收集气体, 还要慢慢滴入相同滴数的澄清石灰水, 整个实验约花3~4分钟时间。
(二) 仪器药品
自制演示展板 (亚克力材料, 含大试管、带导管的双孔橡皮塞、单向阀、T形管) 、肺活量吹嘴、澄清石灰水。
(三) 实验装置图 (见图1)
图1
(四) 操作要点及实验现象
(1) 通过装置最上端连接在T形管上的肺活量吹嘴吸气、呼气。当吸气时, 空气只能进入左边试管A, 通过单向阀Ⅰ进入人体, 可见试管A内液体中有气泡冒出;当呼气时, 呼吸系统产生的气体只能通过单向阀Ⅱ进入右边试管B, 试管B内液体中有气泡冒出。经过3至4次的吸气和呼气, 可观察到右边试管B中的澄清石灰水明显变浑浊了, 而左边试管A中的澄清石灰水基本不变浑浊!说明呼出气体中二氧化碳的含量高于吸入空气中二氧化碳的含量。
(2) 再仔细观察T形管, 发现T形管呼出气体的一端玻璃管内有明显的水雾, 而吸入空气的一端玻璃管内还是干燥的!由此也证明呼出气体中水蒸气含量高于吸入空气中水蒸气含量。实验操作过程只需30秒即可。
二、探究人体吸入空气与呼出气体中氧气含量的高低
(一) 设计背景
初中化学比较人体呼出气体与吸入空气中氧气含量的实验, 是分别将一根燃着的木条伸入贮有空气和贮有呼出气体的两个等体积的集气瓶内。理想现象是:伸入呼出气体瓶内的木条比伸入空气瓶内的木条熄灭得快一些。但在实际操作时很难达到理想效果, 木条往往都较难熄灭, 或熄灭的快慢程度不明显。这是因为两根木条燃烧的火焰大小、倾斜角度、伸入瓶内的深度、毛玻璃覆盖瓶口的程度、木条伸入瓶内的速度等多项因素难以保证基本一致!此外, 呼出气体中也含有约4%体积的不能支持木条燃烧的二氧化碳。所以, 要比较人体呼出气体与吸入空气中氧气含量的高低, 还应排除瓶内二氧化碳气体对实验的影响。
(二) 仪器药品
自制教具 (带把手的不锈钢板并固定有带蜡烛的燃烧匙) 、集气瓶、充电式空气泵、塑料水槽、集气瓶挂扣器 (又名集气瓶固定器) 、肺活量吹嘴、装有氢氧化钠溶液的洗气瓶。
(三) 实验装置图 (见图2)
图2
(四) 操作要点及实验现象
(1) 打开充电式空气泵, 让空气通过装有氢氧化钠溶液的洗气瓶, 用排水法收集一瓶空气。接着, 通过肺活量吹嘴让呼出的气体也通过装有氢氧化钠溶液的洗气瓶, 用排水法收集一瓶呼出气体。两瓶气体均正放在桌上备用。
(2) 右手把持不锈钢板上的把手, 用左手点燃燃烧匙上的两支蜡烛, 火焰大小要基本一致;再用左手依次且迅速取下两瓶上的毛玻璃片, 右手快速将不锈钢板盖住两个集气瓶口。稍等一会儿, 可见伸入呼出气体瓶内的蜡烛火焰熄灭得快一些, 而伸入空气瓶内的蜡烛火焰明显熄灭得慢!由此说明呼出气体中氧气含量要比吸入空气中氧气含量低!实验操作过程不超过3分钟。
(说明:本文中提到的集气瓶挂扣器、单向阀、充电式空气泵均可通过淘宝网购得。)