台州学院附属中学 浙江 台州 317000
摘 要：实验是教学的重要环节之一。实验设计和教学过程的好坏，不仅影响着学生学习的心理品质，也影响毒害学生对科学表象的观察和准确实验结论的得出。因而本文对测定空气中氧气含量的实验加以改进，使学生的科学素养得到进一步提升。
关健词：实验 设计 改进
浙教2014版2016年10月第四次印刷《科学》八年级下课本第71页活动：测定空气中氧气含量的实验。按照教材装置（如图一），是通过红磷在瓶内空气中燃烧，消耗了瓶内氧气，生成固体小颗粒，导致瓶内气压降低。因而在外界气压作用下，把烧杯中的水压入瓶内，直至瓶内外气压相等为止，则被压进去的水占据了瓶内消耗氧气的体积。只要测出瓶的体积和进入瓶内水的体积，就可以计算出瓶中氧气占瓶内空气的体积分数百分比。据此推而广之，就知道空气中氧气含量百分比。
图一
对于这种装置，我们进行了多次实验，发现利用该装置进行实验有以下几点不足：
第一，进入瓶内的水经常超过瓶体积的 ，有时甚至达到瓶体积的 。究其主要原因是红磷是放在瓶外点燃，在将红磷放入瓶内到塞紧瓶塞这一段时间内，瓶内的空气受热膨胀逃逸了出去。这段时间越长，逃逸出的空气越多，导致瓶内气压低，进入瓶内的水越多。
第二，松开止水夹时，烧杯里的水位与瓶内玻璃管口没有在一个水平面上。这使得瓶内的气压与瓶外的大气压不一致。由此导致进入瓶内的水过多一点或过少一点，影响了实验效果。
第三，将点燃的红磷放入瓶内，需要用力塞紧瓶塞，并且红磷在瓶内燃烧时需要用力按住瓶塞，这样有不安全感。
第四，红磷燃烧冷却后，水进入集气瓶内的体积不易测量。把集气瓶先分五等份再标上记号，很难做得准确。
对于上述种种原因，我们决定对《测定空气中氧气含量的实验》作出如下改进：
一、实验器材
红磷、250ml量筒、止水夹、04005型教学电源、电热丝、带鳄鱼夹的导线若干、带孔橡皮塞、直角玻璃导管2根（其中一根较长，能伸入量筒的水中）、橡皮管、250ml集气瓶、直径约2cm的圆铜片。
二、实验装置组装
1.在圆铜片两端分别打一个小孔，再在铜片上均匀打七八个小孔，然后将铜片磨平。
2.将电热丝两端分别从铜片两端自下而上穿过小孔（如图二所示）并拉紧，使得电热丝能紧紧贴在下面的铜片上。穿过铜片小孔的两段电热丝在铜片上面反方向地紧贴在铜片上（如果铜片晃动，可以用老虎钳将铜片和电热丝夹紧）。然后将这两段电热丝交叉互相旋转一周，交叉点在铜片中央。再将两段电热丝如右图三所示向上折90度。与铜片平行的电热丝与铜片相隔1到2毫米，不能再与铜片接触。
图四
三、操作过程
1.将集气瓶倒满水，再塞入橡皮塞，使得瓶内多余的水溢出，然后拿出橡皮塞。将集气瓶内的水全部倒入250ml量筒，记录读数。
2.将两直角玻璃导管灌满水，然后将止水夹夹在橡皮管上。
3.将适量的红磷放在圆铜片中间，而且要覆盖住电热丝，再将橡皮塞塞到集气瓶口（要塞紧）。整个连接装置如图四所示。
4.连接好导线，用手指压住橡皮塞，通上电源（电压为4.5伏，电流为5A，交流电），直到红磷点燃并燃烧完毕，切断电源。等到瓶内空气充分冷却，松开手指。
5.将量筒拿起调整其高度，确保量筒内水面高度低于集气瓶内直角玻璃管口。然后打开止水夹，利用气压差将水压入集气瓶内。再将量筒慢慢升起直至量筒内的水面与集气瓶内直角玻璃管口的水面持平。当量筒内的水不再流入集气瓶时，再夹紧止水夹。
6.拿出量筒内的直角导管，记录量筒内剩余水的体积。
7.重复上述实验，可进行多次测量。
8.计算出此次实验氧气在空气中含量的百分比。
四、实验数据记录及表格
五、实验教学效果
1.实验组装方便，操作简单，可重复实验，进行多次测量，避免了每次红磷点燃后再将红磷放入瓶内到塞紧瓶塞这段所花费时间长短不一造成进入瓶内的水量无法控制。
2.实验得到的数据更加严谨，更加让学生容易接受。
（1）由于红磷点燃到燃烧完毕这一过程一直是在封闭的环境下进行的，瓶内空气没有溢出，我们测得的氧气含量就是红磷所消耗的氧气。
（2）在利用气压差将水压入瓶内的过程中，确保量筒内的水面不得高于集气瓶内直角玻璃管口。再将量筒慢慢升起直至量筒内的水面与集气瓶内直角玻璃管口的水面持平。当量筒内的水不再流入集气瓶时，再夹紧止水夹。如此做的目的是瓶外对瓶内施加的压强不会高于实验开始前的压强，保证了进入瓶内的水就是我们需要的而不是多余的水。
3.实验测得氧气含量百分比不会超过21%，这更加符合实验实际情况，因为不管红磷怎样燃烧，都不可能耗尽瓶内氧气含量。这也有利于提出为什么我们得到的体积数会小于21%这个问题，有利于教学活动的往下开展。
六、反思
1.实验过程中，要保证橡皮塞与集气瓶密封。
2.在红磷燃烧过程中，为防止瓶内空气受热膨胀将橡皮塞冲开，可以将集气瓶放入冷水进行，待反应结束后拿出。
作者简介
邵光志（1978－），男，本科，中学二级；研究方向：初中科学课堂教学和科学实验。徐中勇（1961－），男，本科，中学高级教师；研究方向：初中科学课堂教学和科学实验。
论文作者:邵光志 徐忠勇
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年12月总第320期
论文发表时间:2019/10/17
标签：红磷论文; 瓶内论文; 铜片论文; 量筒论文; 电热丝论文; 氧气论文; 直角论文; 《教育学文摘》2019年12月总第320期论文;