探究高低蜡烛熄灭的原因 论文.docx
探究高低蜡烛熄灭的原因【摘要】通过探究试验，利用氧气传感器和二氧化碳传感器，测量密闭容器中高低蜡烛燃烧前一一中一一后氧气和二氧化碳浓度、密闭容器中高低蜡烛燃烧前一一中一一后不同位置氧气浓度和二氧化碳浓度，通过实验现象、实验数据，对比分析得出结论：高低蜡烛熄灭的主要原因是密闭容器中氧气的浓度降低。高处蜡烛先熄灭是因为高处氧气浓度下降更快，先下降到蜡烛燃烧所需要氧气的最低浓度。【关键词】高低蜡烛氧气二氧化碳传感器【问题背景】人教版九年级化学上册学习了对蜡烛及其燃烧的探究、氧气的性质、二氧化碳的性质中有一个关于高低蜡烛熄灭的实验。把这几部分内容结合在一起，通过数字化实验，定性和定量相结合，探究高低蜡烛熄灭的原因。【提出问题】用烧杯倒扣燃着的高低蜡烛，蜡烛会不会熄灭？为什么？若熄灭，哪个先熄灭？为什么？若蜡烛熄灭，容器内还有氧气剩余吗？请学生分析、猜测蜡烛熄灭的原因并通过绘图预测烧杯中氧气和二氧化碳浓度的变化情况。【传统实验】用一个大烧杯倒扣住燃着的高低蜡烛。实验现象：蜡烛从高到低依次熄灭。实验分析：蜡烛燃烧消耗烧杯内的氧气、生成二氧化碳且放热，二氧化碳随热气流上升，容器中氧气逐渐被消耗。上述蜡烛熄灭的真正原因是什么？蜡烛熄灭后容器中还有没有氧气？若有，剩余氧气浓度是多少？为什么高处蜡烛熄灭？显然，传统实验很难解决。【数字化实验】探究一：高低蜡烛在密闭容器中燃烧，测量容器中上部氧气和二氧化碳浓度变化情况。实验数据：通过传感器测量发现：在密闭的容器中，氧气的浓度从21%逐渐减小到6.8%左右，然后保持不变；二氧化碳浓度从003%逐渐增大到2.1%左右，然后保持不变。探究二：收集一瓶20%的氧气和80%二氧化碳的混合气体，将点燃的蜡烛伸入瓶中。实验现象：蜡烛继续燃烧。实验分析:通过实验一可知：蜡烛熄灭后，密闭容器中还有16.8%左右的氧气。也就是说，蜡烛燃烧，不能把密闭容器中的氧气完全消耗。但是，无法判断蜡烛熄灭的原因是氧气浓度太低还是二氧化碳浓度太高。通过实验二可知：蜡烛能在80%二氧化碳和20%氧气的混合气体中燃烧，说明实验一中的蜡烛熄灭不是因为二氧化碳浓度太高（因为实验一中二氧化碳浓度最高时只有2.1%）,而是因为氧气浓度太低。实验结论：如果把烧杯倒置，蜡烛会熄灭，烧杯中还有16.8%左右氧气，蜡烛熄灭的原因是烧杯中氧气浓度太低（低于16.8%）。实验一中，我们发现高处蜡烛先灭低处蜡烛后灭，这是为什么呢？探究三：高低蜡烛在密闭容器中燃烧，测量高、低不同位置氧气浓度变化情况。（如下图）实验数据:乳气高20.96%氧气传感器（红色线）在高处，氧气传感器（蓝色线）在低处。通过传感器测量发现：在密闭的容器中，开始实验时高低不同位置氧气浓度相同，随着时间推移,高处氧气浓度先下降，蜡烛从高到低依次熄灭，最终氧气浓度相同。探究四：高低蜡烛在密闭容器中燃烧，测量高、低不同位置二氧化碳浓度变化情况。（如下图）实验数据:r J，/7rs5i _ 1)lAAfl4lR W一 一<ty - ¼.lj44 一 ¼£=21:2逆道RIT 一 :;:mo您CO2 1 %CO2 2 %二氧化碳传感器1（红色线）在高处，二氧化碳传感器2（蓝色线）在低处。通过传感器测量发现：在密闭的容器中，开始实验时高低不同位置二氧化碳浓度相同，随着时间推移（上图105秒到230秒左右），高处二氧化碳浓度上升比低处快，蜡烛从高到低依次熄灭，最终二氧化碳浓度相同。实验分析：通过实验三测量的数据可知：位置高的地方比位置低的地方氧气浓度下降更快。高、低蜡烛所在位置氧气浓度依次下降到16.8%,高低蜡烛依次熄灭。通过实验四可知：位置高的地方比位置低的地方二氧化碳浓度上升更快。这是因为蜡烛燃烧放热，二氧化碳随热气流上升。实验结论：蜡烛燃烧消耗容器内氧气，同时.，生成的二氧化碳随热气流上升，使高处蜡烛所在位置氧气浓度下降更快，所以高处的蜡烛先熄灭。【再次探究】用塑料桶（用橡皮泥和塑料盖密封）代替上述塑料装置，再次测量密闭容器中高低蜡烛燃烧到熄灭过程中高低不同位置氧气浓度变化。多次实验都发现：高处氧气浓度下降到最低值时有一个突然升高（突变）的过程，然后慢慢下降，最终高低不同位置氧气浓度相同。实验分析：原来塑料装置只有塑料桶高度的一半，可能是由于用塑料桶实验时，两个氧气传感器高低差距比较大。蜡烛熄灭后，上面气体迅速冷却密度变大，因密度大于空气而迅速下沉，下面含有较多氧气的空气被迫上升，导致烧杯上部氧气浓度迅速增大。最终因为分子在不断运动导致上下浓度相同。【实验反思】传统实验只能看到蜡烛从高到低依次熄灭，无法判断蜡烛熄灭的原因是密闭容器在氧气浓度太低还是二氧化碳浓度太高，无法判断蜡烛熄灭后密闭容器中还有没有氧气剩余，更无法知道剩余氧气的浓度！数字化实验可以通过传感器测量密闭容器中氧气和二氧化碳浓度，用数据说话:蜡烛熄灭后密闭容器中还有16.8%氧气剩余。通过测量高低不同位置氧气浓度（动态变化），对比发现：密闭容器高处氧气浓度下降更快，先下降到16.8%左右，所以高处蜡烛先熄灭。数字化实验是一种特殊的实验，与电脑相关联后，实验的各种结果会以数据的形式直接表达出来。数据之间的关系又可以自动生成曲线，便于老师、学生发现量变与质变之间的关系，很容易吸引学生的关注，增强对化学的学习兴趣。数字化实验具有直观、可视的优点，能够将化学实验过程中肉眼观察不到的一些微观事物、现象如：温度、压强、电导率、溶液的Ph等，通过传感器转化为电信号，然后通过采集器进入电脑，将实验过程中的各种变化量，用数据图像等直观形式表现出来。数字化实验不是对传统实验的否定，是为了更好的为教学服务。对于初级的、基础的理论知识教学，应该传统和数字化实验并行，切记不可完全抛弃传统的定性实验。比如说在测量空气当中氧气含量这个实验里，传统实验通过红磷在密闭容器当中燃烧，来判断氧气的含量大概是多少。现在我们有了氧气传感器，可以直接测量出空气当中氧气的含量，但是这并不代表不需要向学生展示红磷燃烧的实验。我们可以通过氧气传感器测量燃烧前后容器里空气含量的数据变化，并和传统实验的结果进行对比。随时采集的数据，有利于学生进行实验误差分析，加深学生对知识点的理解。
