作者丨慕予老師
編輯丨珍妮花
測定空氣里二氧化碳的濃度，是人教版九年級物理下冊第二單元課題1《空氣》里的教學內容。
對中學生來說，記住這個實驗的儀器、藥品、實驗步驟、實驗現象、實驗推論不是難事。難的是：理解實驗的原理。
01
首先，選紅磷做這個實驗的緣由是哪些？
其次，為何步入集鋼瓶內水的容積，等于被消耗的二氧化碳的容積？
還有，為何要等反應完畢，冷卻到溫度，能夠打開彈簧夾？
這么之類種種問題，中學生就會倍感困惑。
中學生剛才接觸物理，無色透明的空氣看不見、摸不著，但是飽含集鋼瓶整個空間。當空氣中的二氧化碳跟紅磷反應后，中學生難以直接觀察到二氧化碳被消耗，因而很難判定集鋼瓶內各二氧化碳所占容積會發生哪些變化，同時不能理解集鋼瓶內氣溫的變化，對測定空氣中二氧化碳容積分數又有哪些影響。
02
我認為，要幫助學生理解這個實驗原理，應先解決有關大氣浮力的問題。
大氣浮力是八年級數學里的教學內容，但中學生把握知識的程度不一，將這一知識遷移到測定空氣里二氧化碳的容積濃度的能力各不相同。我們是物理老師，很難系統地備考化學課程里的相關知識，繼而提升和統一中學生的認識。
但，我們的實驗還得繼續。
最快捷的解決辦法，就是通過實驗，讓中學生構建感性認識，曉得某一密閉容器里的二氧化碳被排出后，在大氣壓的作用下，這部份二氧化碳的容積會被水搶占。并且，步入容器中水的容積，與排出的二氧化碳容積是相等的。
實驗室里的膠頭滴管，就可以幫助我們解決這個問題。我們可以組織中學生分組實驗。比比看，那個組朋友用膠頭滴管汲取的水更多，議一議這其中的道理。讓中學生感受到：吸入膠頭滴管的水的容積，與從膠頭滴管中擠出空氣的多少相關，并且容積是相等的。
有了這個感性認識，再討論拉瓦錫研究空氣成分所用的裝置，只要補充介紹一下，加熱條件下，汞能跟空氣中的二氧化碳反應生成黃色的氧化汞，消耗了曲頸甑里的二氧化碳，中學生能夠明白，二氧化碳約占空氣容積的五分之一的推論，是怎樣得來的了。
03
同理，膠頭滴管的分組實驗和討論測量大氣壓強實驗原理，也為用紅磷測定空氣里二氧化碳的濃度做好了鋪墊。
在燃起的條件下，紅磷只跟空氣中的二氧化碳反應，生成五氧化二磷固體。借助這個反應可以去除空氣中的二氧化碳，因為生成的物質是固體，不會影響倒吸入集鋼瓶內水的容積。
但是，因為這個反應會放出大量的熱，也會造成集鋼瓶內浮力的變化，最終影響倒吸入集鋼瓶內的底泥積，所以這個實驗一定要等到紅磷熄滅裝置冷卻后，再打開聯接集鋼瓶與燒瓶導食道上的彈簧夾，在大氣壓作用下，燒瓶中的水步入集鋼瓶內。步入水的容積就等于集鋼瓶內被消耗的二氧化碳容積。
有的朋友對木炭、蠟燭燃燒這種實驗比較熟悉。那能不能用木炭、蠟燭取代紅磷做這個實驗呢？
這時，我們老師就可以從反應的產物以及產物的狀態，因自私導，引導中學生去剖析和判別。
木炭與二氧化碳反應的產物氫氣，是二氧化碳，會搶占一定的空間，影響密閉容器內二氧化碳的浮力變化。影響倒吸入集鋼瓶里水的容積，造成難以確切測定空氣里二氧化碳的濃度。
同樣的道理，蠟燭燃燒消耗二氧化碳，產物是氣體和水，也會影響倒吸入集鋼瓶內水的容積，造成難以確切測定空氣里二氧化碳的濃度。
通過以上例子剖析，中學生除了曉得了，在實驗室不能用木炭、蠟燭測定空氣里二氧化碳的濃度測量大氣壓強實驗原理，還學會了怎么按照反應產物的狀態，選擇測定空氣里二氧化碳濃度的物質。
在我們物理實驗中，所用到的儀器裝置，非常是比較小型的裝置，時常會涉及到一些數學原理。妥善做好知識的銜接，對于中學生理解物理實驗原理，可以起到事半功倍的療效！
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