“檢驗人體呼出氣體成分的變化”實驗裝置的改進

徐永強

“檢驗人體呼出氣體成分的變化”實驗是義務教育教科書北師大版七年級《生物學》（下冊）第四單元第十章第一節“食物中能量的釋放”的重要實驗。教材采用4個250 mL的廣口瓶作為實驗裝置，設計2組對照完成該實驗。筆者參照教材方案操作，發現雖然方法簡單、操作方便，但由于裝置氣密性差，實驗現象不明顯。例如插入燃燒匙、倒入澄清石灰水時，口瓶開口較大，瓶內、外氣體交換，增大了實驗誤差，導致實驗現象不明顯。此實驗成功的關鍵是控制裝置的氣密性，最大限度減少裝置內、外氣體交換。在教學實踐中，筆者針對存在的問題，改進實驗裝置，設計制作了一個氣密性好、性能穩定、透明直觀、操作方便、效果明顯的簡易裝置，介紹如下。

1 裝置設計思路

裝置設計為長17 cm×寬9 cm×高17 cm的雙層透明玻璃體。裝置中央設計隔板，將裝置平分為左、右兩部分（用于左、右對照）。裝置上端設計活動蓋板2塊（左、右各1塊），蓋板中央有直徑為3 cm的插孔（用于插入導氣管或燃燒匙、注射器，增強裝置的氣密性），蓋板底部每邊距中央1 cm位置設計玻璃橫條（用于增加蓋板的穩固性和裝置的氣密性）。

2 制作過程

2.1 制作材料、用具

無色透明玻璃（厚度為0.5 cm）、飲料吸管、燃燒匙、60 mL注射器、直徑約小于3c m橡膠塞、玻璃膠、502膠水、清潔球、玻璃刀、玻璃膠槍、打孔器、夾鉗、刀片、小刀、砂輪等。

2.2 裝置制作

2.2.1 裝置主體制作

① 底板玻璃1塊：長17 cm、寬9 cm、高1 cm。

② 前、后板玻璃各1塊：長17 cm、高15 cm。

③ 左、右側板玻璃各1塊：寬7 cm、高15 cm。

④ 中央隔板玻璃1塊：寬7 cm、高15 cm。

⑤ 活動蓋板玻璃2塊：長9 cm、寬8.5 cm。蓋板中央制作直徑為3 cm的插孔，蓋板底部每邊距中央1 cm位置粘貼玻璃橫條。

2.2.2 裝置配件（圖1）制作

① 導氣管制作：取1個橡膠塞，在橡膠塞中央制作小孔；取1支飲料吸管，用小紙條堵塞吸管口，將飲料吸管插入橡膠塞小孔中，制作成1支帶橡膠塞的導氣管。

② 燃燒匙制作：取2個橡膠塞，在橡膠塞中央制作小孔；取2個燃燒匙，分別插入兩個橡膠塞小孔中，制作成2個帶橡膠塞的燃燒匙。

③ 注射器制作：取2個橡膠塞，在橡膠塞中央制作小孔，取2支注射器，分別將注射器針部插入兩個橡膠塞小孔中，制作成2支帶橡膠塞的注射器。

2.3 裝置組裝

2.3.1 裝置主體組裝

將底板玻璃1塊，前、后板玻璃各1塊，左、右側板玻璃各1塊，中央隔板玻璃1塊組合；蓋上左、右活動蓋板；左側蓋板插孔插入橡膠塞，右側蓋板插孔插入導氣管。組裝模型如圖2所示。

2.3.2 “檢驗二氧化碳”裝置組裝

取下裝置左側蓋板中的橡膠塞，取下裝置右側蓋板中的導氣管，將2支注射器分別插入左、右插孔，如圖3所示。

2.3.3 “檢驗氧氣”裝置組裝

取下裝置左側蓋板中的橡膠塞，取下裝置右側蓋板中的導氣管，將2支燃燒匙分別插入左、右插孔，如圖4所示。

3 操作步驟

（1） 收集氣體：

① 在裝置正面左側貼上標簽“新鮮空氣”，右側貼上標簽“呼出氣體”；② 取下裝置左側蓋板，將裝置放置在空氣中3 min后，蓋上蓋板；③ 取出右側導氣管口的小紙條，向裝置內連續多次吹氣后堵塞管口。

（2） 檢驗二氧化碳氣體：

① 取下左側蓋板中的橡膠塞，取下右側蓋板中的導氣管；② 將2支注射器分別迅速插入左右插孔；③ 分別取出注射器抽取50 mL澄清石灰水注入裝置；④ 輕輕震蕩裝置。

實驗現象：新鮮空氣裝置內的石灰水仍清澈透明，人體呼出氣體裝置內的石灰水變渾濁。

實驗結論：新鮮空氣中二氧化碳氣體含量低，呼出氣體中二氧化碳氣體含量高，說明人體進行呼吸作用產生了二氧化碳氣體。

（3） 檢驗氧氣：

① 將2支點燃的蠟燭分別放入2支燃燒匙；② 取下裝置左、右蓋板中的注射器；③ 迅速將燃燒匙插入左、右插孔；④ 觀察蠟燭燃燒情況。

實驗現象：呼出氣體裝置內燃燒的蠟燭火光小，且立即熄滅；新鮮空氣裝置內燃燒的蠟燭火光大，燃燒時間較長。

實驗結論：新鮮空氣中氧氣含量高，人體呼出氣體中氧氣含量低，說明人體進行呼吸作用消耗了氧氣。

4 裝置的優點

① 裝置為長方體，穩固性強，無安全隱患；② 裝置無色透明，實驗直觀；③ 裝置氣密性好，最大限度減少實驗誤差，實驗效果十分明顯；④ 裝置結構簡單、性能穩定、操作方便；⑤ 裝置制作容易，適于教學中推廣應用。