探究高低蠟燭熄滅的原因 論文

探究高低蠟燭熄滅的原因【摘要】通過(guò)探究試驗(yàn)，利用氧氣傳感器和二氧化碳傳感器，測(cè)量密燭燃燒前——中——后氧氣和二氧化碳濃度、密閉容器中高低蠟燭燃燒前——中——后不同位置氧氣濃度和二氧化碳濃度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)析得出結(jié)論：高低蠟燭熄滅的主要原因是密閉容器中氧氣的濃度降低先熄滅是因?yàn)楦咛幯鯕鉂舛认陆蹈欤认陆档较灎T燃燒所需要氧氣的最低濃度。【關(guān)鍵詞】高低蠟燭氧氣二氧化碳傳感器【問(wèn)題背景】人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)學(xué)習(xí)了對(duì)蠟燭及其燃燒的探究、氧氣碳的性質(zhì)中有一個(gè)關(guān)于高低蠟燭熄滅的實(shí)驗(yàn)。把這幾部分內(nèi)容結(jié)合在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，定性和定量相結(jié)合，探究高低蠟燭熄滅的原因。【提出問(wèn)題】用燒杯倒扣燃著的高低蠟燭，蠟燭會(huì)不會(huì)熄滅？為什么？若滅？為什么？若蠟燭熄滅，容器內(nèi)還有氧氣剩余嗎？請(qǐng)學(xué)生分析、猜的原因并通過(guò)繪圖預(yù)測(cè)燒杯中氧氣和二氧化碳濃度的變化情況。【傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)】用一個(gè)大燒杯倒扣住燃著的高低蠟燭。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：蠟燭從高到低依次熄滅。實(shí)驗(yàn)分析蠟燭燃燒消耗燒杯內(nèi)的氧氣、生成二氧化碳且放熱，二氧容器中氧氣逐漸被消耗。上述蠟燭熄滅的真正原因是什么？蠟燭熄滅后容器中還有沒(méi)有氧氣？若有，剩余氧氣濃度是多少？為什么高處蠟燭熄滅？顯然，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)很難解決?！緮?shù)字化實(shí)驗(yàn)】探究一：高低蠟燭在密閉容器中燃燒，測(cè)量容器中上部氧氣和二氧化碳濃度變化情況。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器測(cè)量發(fā)現(xiàn)：在密閉的容器中，氧氣的濃度從21%逐漸減小到6.8左右，然后保持不變；二氧0.03逐漸增大到2.1左右，然保持不變。探究二：收集一瓶20%的氧氣和80%二氧化碳的混合氣體，將點(diǎn)燃的蠟燭中。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象蠟燭繼續(xù)燃燒。實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)一可知：蠟燭熄滅后，密閉容器中還有16.8%左右的氧氣。也就是說(shuō)，蠟燭燃燒，不能把密閉容器中的氧氣完全消耗。但是，無(wú)法判斷原因是氧氣濃度太低還是二氧化碳濃度太高。通80%二氧化碳和20%氧氣的混合氣體中燃燒，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)一中的碳濃度太高（因?yàn)閷?shí)驗(yàn)一中二氧化碳濃度最高時(shí)只有2.1%），而是因?yàn)檠鯕鉂舛忍?。?shí)驗(yàn)結(jié)論如果把燒杯倒置，蠟燭會(huì)熄滅，燒杯中還16.8%左右氧氣，蠟燭熄滅的因是燒杯中氧氣濃度太低（低于16.8%）。實(shí)驗(yàn)一中，我們發(fā)現(xiàn)高處蠟燭先滅低處蠟燭后滅，這是為什么呢？探究三高低蠟燭在密閉容器中燃燒，測(cè)量高、低不同位置氧氣濃下圖）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)氧氣傳感器（紅色線）在高處，氧氣傳感器（藍(lán)色線）在低測(cè)量發(fā)現(xiàn)：在密閉的容器中，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)高低不同位置氧氣濃度相同推移，高處氧氣濃度先下降，蠟燭從高到低依次熄滅，最終氧氣濃度相同。探究四：高低蠟燭在密閉容器中燃燒，測(cè)量高、低不同位置二氧化碳濃度變（如下圖）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二氧化碳傳感器1（紅色線）在高處，二氧化碳2（藍(lán)色線）在低通過(guò)傳感器測(cè)量發(fā)現(xiàn)：在密閉的容器中，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)高低不同位置二相同，隨著時(shí)間推移（上圖105秒到230秒左右），高處二氧化碳濃度上處快，蠟燭從高到低依次熄滅，最終二氧化碳濃度相同。實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)三測(cè)量的數(shù)據(jù)可知：位置高的地方比位置低的地方快。高、低蠟燭所在位置氧氣濃度依次下降到16.8%，高低蠟燭依次熄滅。通過(guò)實(shí)驗(yàn)四可知：位置高的地方比位置低的地方二氧化碳濃是因?yàn)橄灎T燃燒放熱，二氧化碳隨熱氣流上升。實(shí)驗(yàn)結(jié)論蠟燭燃燒消耗容器內(nèi)氧氣，同時(shí)，生成的二燭所在位置氧氣濃度下降更快，所以高處的蠟燭先熄滅。【再次探究】用塑料桶（用橡皮泥和塑料蓋密封）代替上中高低蠟燭燃燒到熄滅過(guò)程中高低不同位置氧氣濃度變化。多次實(shí)驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)：高處氧氣濃度下降到最低值時(shí)有一個(gè)突然過(guò)程，然后慢慢下降，最終高低不同位置氧氣濃度相同。實(shí)驗(yàn)分析原來(lái)塑料裝置只有塑料桶高度的一半，可能氣傳感器高低差距比較大。蠟燭熄滅后，上面氣體迅速冷卻密度變大于空氣而迅速下沉，下面含有較多氧氣的空氣被迫上升，導(dǎo)致燒杯上迅速增大。最終因?yàn)榉肿釉诓粩噙\(yùn)動(dòng)導(dǎo)致上下濃度相同?！緦?shí)驗(yàn)反思】傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只能看到蠟燭從高到低依次熄滅，容器在氧氣濃度太低還是二氧化碳濃度太高，無(wú)法判斷蠟燭熄滅后密有沒(méi)有氧氣剩余，更無(wú)法知道剩余氧氣的濃度！數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)傳感器測(cè)量密閉容器中氧氣和二氧化碳話：蠟燭熄滅后密閉容器中還有16.8%氧氣剩余。通過(guò)測(cè)量高低不同位置氧氣濃度（動(dòng)態(tài)變化），對(duì)比發(fā)現(xiàn)：密閉容器高處氧氣濃度下降更快，先下降到16.8%左右，所以高處蠟燭先熄滅。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是一種特殊的實(shí)驗(yàn)，與電腦相關(guān)的形式直接表達(dá)出來(lái)。數(shù)據(jù)之間的關(guān)系又可以自動(dòng)生成曲線，便于老現(xiàn)量變與質(zhì)變之間的關(guān)系，很容易吸引學(xué)生的關(guān)注，增強(qiáng)對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有直觀、可視的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⒁恍┪⒂^事物、現(xiàn)象如：溫度、壓強(qiáng)、電導(dǎo)率、溶液的Ph等，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)采集器進(jìn)入電腦，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各種變化量，等直觀形式表現(xiàn)出來(lái)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的否定，是為了更好的為教學(xué)服務(wù)。對(duì)于初級(jí)的基礎(chǔ)的理論知識(shí)教學(xué)，應(yīng)該傳統(tǒng)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)并行，切記不可完全拋性實(shí)驗(yàn)。比如說(shuō)在測(cè)量空氣當(dāng)中氧氣含量這個(gè)實(shí)驗(yàn)里，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通過(guò)容器當(dāng)中燃燒，來(lái)判斷氧氣的含量大概是多少?，F(xiàn)在