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北师大版初中生物七年级下册第十章第一节创新实验：检验人体
呼出气体成分的变化
一、使用教材
北师大版生物学七年级下册第十章第一节食物中能量的释放中的演示实验检验人体呼出气体成分的变化
二、实验器材
（1）实验器材：六个500毫升的空玻璃瓶（500毫升的矿泉水瓶也可以），吸管4根，电子称，小勺两个，30毫升注射器，500毫升量筒一个，500毫升烧杯一个，玻璃棒一根，打孔器一个，秒表六个
（2）实验材料：固体氢氧化钠，固体酚酞，纯净水，一块苹果
三、实验创新要点
切开的苹果遇到氧气变色，在生活中很常见，将生活中看到的现象引入实验，培养学生将生活与学习结合；酚酞加入氢氧化钠溶液显红色，二氧化碳可以使溶液由红色变为无色，将生物学与化学相结合，强化学科融合，也是旧知推理用于探究新知，操作更方便，更安全，现象也更明显。
四、实验原理
苹果内含有酚类物质，酚类物质与氧发生反应变成醌类物质显褐色，氧含量浓度越高变色越快，变色也更深；酚酞在PH＞8.2碱性溶液中显红色，在PH＜8.2溶液中是无色的，氢氧化钠溶液是碱性PH＞8.2，加入酚酞后溶液显红色，当遇到二氧化碳时，二氧化碳与氢氧化钠发生反应而改变溶液酸碱度，当二氧化碳含量达到一定量时与溶液中的氢氧化钠完全反应可以使溶液PH＜8.2，溶液由红色变为无色。
五、实验教学目标
（1）生命观：通过观察实验现象，意识到生物与环境息息相关，树立起健康生活的生命观。
（2）探究实践：以好奇心为基础，通过提问、假设、实验、分析、交流等过程，培养科学探究的能力与品格。
（3）科学思维：基于实验数据结果，辩证分析问题，培育学生的理性思维。
（4）责任态度：通过实证认识急救人工呼吸的重要意义，承担起相应的社会责任。
六、实验内容
（1）用苹果检测人体吸入气体与呼出气体中氧气含量的变化
（2）用加有酚酞的氢氧化钠溶液检测人体吸入气体与呼出气体中二氧化碳含量的变化
（3）用加有酚酞的氢氧化钠溶液探究人体呼出气体与吸入气体的二氧化碳含量的差别有多大
（4）用加有酚酞的氢氧化钠溶液探究人体运动前后呼出气体二氧化碳含量的差异
七、实验教学过程
（1）知识准备
复习七年级上册第3章第3节中的建议活动--研究细胞大小与物质扩散的关系，七年级上册第5章第1节中的检验光合作用需要二氧化碳实验，查阅生活中切开苹果变色的原因，氢氧化钠溶液吸收二氧化碳的原理。
（2）已有的探究方法1
如图1是教材上的已有的探究方法，A、B瓶充满空气，C、D瓶吹入人体呼出的气体，检验人体呼出气体中氧气含量的变化是用燃烧的蜡烛放入 A、C瓶，比较在两瓶内燃烧时间的长短；检验人体呼出气体中二氧化碳含量的变化是向B、D瓶加入等量的澄清石灰水，比较澄清石灰水变浑浊的程度。
（3）学生疑问
1）检测氧气只能用火吗？用火不安全。
2）空气中含有二氧化碳吗？B瓶没有看到任何变化，色差不明显。
（4）实验创新
1）实验创新亮点
①不涉及用火，操作更方便，更安全，现象更明显直观，提高学生探究的兴趣。
②实验设计来源于生活中的现象，培养学生将生活与学习知识联系的能力。
③旧知推理用于探究新知，强化学科融合。
2）实验创新的来源
①生活中看到切开的苹果放在空气中会变色如图2，查阅资料发现切开的苹果变色与氧气有关，苹果内含有酚类物质，酚类物质与氧发生反应变成醌类物质显褐色，氧含量浓度越高变色越快，颜色越深，没有氧气是不会变色的。
②七年级上册第3章第3节中的建议活动，细胞大小与物质扩散的关系的实验里琼脂块变色的原理如图3中有讲述，第5章第1节中的检验光合作用需要二氧化碳实验如图4，利用氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，查资料得知化学知识中二氧化碳易溶于水，易与氢氧化钠发生化学反应，改变氢氧化钠溶液的酸碱度，使加有酚酞的氢氧化钠溶液由红色渐渐变为无色。2
3)实验创新探究过程
①实验创新探究一:人体呼出气体中氧气含量的变化
本实验使用的器材与材料如图5，实验过程如图6，A瓶中充满的空气，B瓶吹入人体呼出气体，用打孔器取两根同样的苹果条分别放入A、B瓶内图7，计时观察现象，图8是苹果条放入瓶中15秒的照片，图9是3分钟后的照片，两瓶中的苹果条都变色了，由现象得知人体呼出的气体与吸入的气体都含有氧气，A瓶中的苹果条比B瓶先变色，变色深一些，由此现象得知人体吸入的空气含氧量比呼出气体的高。（这个实验在不同环境温度下进行，苹果条变色的时间不同，温度高时间短）此实验让学生意识到急救人工呼吸是有意义的，保存新鲜的水果蔬菜应该放在含氧量低的地方。
下面是本实验的现象与结论3
编号 充满的气体 实验材料 现象
A 空气 苹果条 15秒开始变色且颜色更深
B 人呼出的气体 苹果条 19秒开始变色
结论 人体呼出气体和空气都含有氧气，空气含量更高。
②实验创新探究二：人体呼出气体中二氧化碳含量的变化
本实验使用的器材与材料如图10，实验过程如图11，C瓶中充满的空气（打开瓶塞在空气中静置3分钟），D瓶吹入人体呼出气体（用吸管往瓶内吹气数次），用30毫升的注射器分别取20毫升酚酞氢氧化钠溶液加入C瓶和D瓶，再同时拿起C瓶和D瓶轻轻振荡，观察现象。图12是刚加入溶液，图13是振荡6秒后的现象，D瓶内的溶液颜色变为无色，C瓶几乎没有变化，由现象可得D瓶二氧化碳含量高于C瓶，即人体呼出气体二氧化碳含量高于吸入气体。这里用的酚酞氢氧化钠溶液是称0.05克固体氢氧化钠加入500毫升纯净水中，搅拌均匀成氢氧化钠溶液（如果称0.1克固体氢氧化钠加入100毫升纯净水中，配制的氢氧化钠溶液就看不到明显的颜色变化，浓度高了；如果称0.1克固体氢氧化钠加入300毫升纯净水中，配制的氢氧化钠溶液可以看到明显的颜色变化，反应时间要长些），再称0.05克固体酚酞加入氢氧化钠溶液中搅拌配制而成，加了酚酞的氢氧化钠溶液变成红色。注意：氢氧化钠溶液是强碱，有腐蚀性，小心不要接触皮肤和眼睛，更不能入口。
下面是本实验的现象与结论
编号 充满的气体 加有酚酞的氢氧化钠溶液 现象
C 空气 20毫升 不变色
D 人体呼出的气体 20毫升 6秒变为无色
结论 人体呼出气体含二氧化碳量比空气高
③实验创新探究三：人体呼出气体与吸入气体的二氧化碳含量的差别有多大4
本实验使用的器材与材料如图14，A、B、C瓶内充满空气，D、E、F瓶吹入人体呼出气体，用3毫升的注射器取1.5毫升、2毫升和3毫升的酚酞氢氧化钠溶液分别加入A瓶、B瓶和C瓶如图15，用500毫升的量筒量取280毫升、290毫升和300毫升的酚酞氢氧化钠溶液分别加入D瓶、E瓶和F瓶如图16，振荡，观察现象。图17和图18是20分钟后的照片，A瓶的溶液3分55秒变为无色，B瓶的溶液20分钟后变为浅浅的红色，接近无色，C瓶的20分钟后变为浅红，D瓶的45秒后变为无色，E瓶的1分34秒后变为接近无色，略带红色，F瓶的4分钟后变为浅红。由A、B、C瓶的现象得知空气中含有二氧化碳，只是含量很少，由D、E、F瓶的现象与A、B、C瓶的现象比较得知人体呼出气体含二氧化碳量比吸入的空气含二氧化碳量多很多。这里用的酚酞氢氧化钠溶液是称0.05克固体氢氧化钠加入1000毫升纯净水中，搅拌均匀成氢氧化钠溶液（为了能从现象看出空气含二氧化碳，将氢氧化钠溶液浓度减小），再称0.1克固体酚酞加入氢氧化钠溶液中搅拌配制而成。做实验的人不同，D、E、F瓶消耗的溶液多少有差异，但不影响现象得出的结论。A、B、C瓶变色耗时长与液体少空间大有关，瓶内空气中的二氧化碳不能在短时间内全与液体接触。
下面是本实验的现象和结论
编号 充满的气体 加酚酞的氢氧化钠溶液 现象
A 空气 1.5毫升 3分55秒变为无色
B 空气 2毫升 20分钟后变为接近无色
C 空气 3毫升 20分钟后变为浅红
D 人体呼出的气体 280毫升 45秒后变为无色
E 人体呼出的气体 290毫升 1分34秒后变为接近无色
F 人体呼出的气体 300毫升 4分钟后变为浅红色
结论 空气含有少量二氧化碳，人体呼出的气体含二氧化碳量比空气多得多。
④实验创新探究四：人体运动前后呼出气体二氧化碳含量的差异5
图19是本实验用的器材和材料，这里用的酚酞氢氧化钠溶液是称0.1克固体氢氧化钠加入1000毫升纯净水中，搅拌均匀成氢氧化钠溶液，再称0.1克固体酚酞加入氢氧化钠溶液中搅拌配制而成。学生运动前用吸管向A、B瓶内吹气数次，A瓶内加入200毫升氢氧化钠溶液，振荡，2分55秒变为无色，B瓶内加入240毫升氢氧化钠溶液，振荡，5分钟后颜色只变浅了一点，不再变色如图20，学生跳绳4分钟，立刻用吸管向C、D瓶内吹气数次，向D瓶加入240毫升氢氧化钠溶液，振荡，1分55秒变为无色，C瓶内加入260毫升氢氧化钠溶液，振荡4分55秒后变为浅红如图21，由现象可得人体运动后呼出气体二氧化碳含量比运动前多。图22和图23是A、B、C、D瓶刚到入氢氧化钠溶液的照片。本实验让学生意识到运动促进新陈代谢，适量运动有利健康。
下面是本实验的现象和结论
编号 吹气体的时间 充满的气体 加酚酞氢氧化钠溶液的量 现象
A 运动前 人呼出气体 200毫升 2分55秒变为无色
B 运动前 人呼出气体 240毫升 5分钟后变浅一点
D 运动后 人呼出气体 240毫升 1分55秒变为无色
C 运动后 人呼出气体 260毫升 4分55秒后变为浅红
结论 人体运动后呼出的气体含二氧化碳量比运动前多。
八、实验效果评价
优点：改进后的实验，检验人体呼出气体中氧气含量的变化，不涉及用火，操作更方便，更安全，苹果的氧化需要2分钟左右，更利于学生观察到现象；检验人体呼出气体中二氧化碳含量变化，加了酚酞的氢氧化钠溶液颜色变化对比更明显，更利于观察现象，提高了学生探究的兴趣。
缺点：探究人体呼出气体与吸入气体的二氧化碳含量的差别有多大，不能准确定量，只能从现象给学生直观感知两者差别大致有多少；氢氧化钠溶液的浓度有要求。
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