“检验人体呼出气体成分的变化”实验装置的改进

徐永强

“检验人体呼出气体成分的变化”实验是义务教育教科书北师大版七年级《生物学》（下册）第四单元第十章第一节“食物中能量的释放”的重要实验。教材采用4个250 mL的广口瓶作为实验装置，设计2组对照完成该实验。笔者参照教材方案操作，发现虽然方法简单、操作方便，但由于装置气密性差，实验现象不明显。例如插入燃烧匙、倒入澄清石灰水时，口瓶开口较大，瓶内、外气体交换，增大了实验误差，导致实验现象不明显。此实验成功的关键是控制装置的气密性，最大限度减少装置内、外气体交换。在教学实践中，笔者针对存在的问题，改进实验装置，设计制作了一个气密性好、性能稳定、透明直观、操作方便、效果明显的简易装置，介绍如下。

1 装置设计思路

装置设计为长17 cm×宽9 cm×高17 cm的双层透明玻璃体。装置中央设计隔板，将装置平分为左、右两部分（用于左、右对照）。装置上端设计活动盖板2块（左、右各1块），盖板中央有直径为3 cm的插孔（用于插入导气管或燃烧匙、注射器，增强装置的气密性），盖板底部每边距中央1 cm位置设计玻璃横条（用于增加盖板的稳固性和装置的气密性）。

2 制作过程

2.1 制作材料、用具

无色透明玻璃（厚度为0.5 cm）、饮料吸管、燃烧匙、60 mL注射器、直径约小于3c m橡胶塞、玻璃胶、502胶水、清洁球、玻璃刀、玻璃胶枪、打孔器、夹钳、刀片、小刀、砂轮等。

2.2 装置制作

2.2.1 装置主体制作

① 底板玻璃1块：长17 cm、宽9 cm、高1 cm。

② 前、后板玻璃各1块：长17 cm、高15 cm。

③ 左、右侧板玻璃各1块：宽7 cm、高15 cm。

④ 中央隔板玻璃1块：宽7 cm、高15 cm。

⑤ 活动盖板玻璃2块：长9 cm、宽8.5 cm。盖板中央制作直径为3 cm的插孔，盖板底部每边距中央1 cm位置粘贴玻璃横条。

2.2.2 装置配件（图1）制作

① 导气管制作：取1个橡胶塞，在橡胶塞中央制作小孔；取1支饮料吸管，用小纸条堵塞吸管口，将饮料吸管插入橡胶塞小孔中，制作成1支带橡胶塞的导气管。

② 燃烧匙制作：取2个橡胶塞，在橡胶塞中央制作小孔；取2个燃烧匙，分别插入两个橡胶塞小孔中，制作成2个带橡胶塞的燃烧匙。

③ 注射器制作：取2个橡胶塞，在橡胶塞中央制作小孔，取2支注射器，分别将注射器针部插入两个橡胶塞小孔中，制作成2支带橡胶塞的注射器。

2.3 装置组装

2.3.1 装置主体组装

将底板玻璃1块，前、后板玻璃各1块，左、右侧板玻璃各1块，中央隔板玻璃1块组合；盖上左、右活动盖板；左侧盖板插孔插入橡胶塞，右侧盖板插孔插入导气管。组装模型如图2所示。

2.3.2 “检验二氧化碳”装置组装

取下装置左侧盖板中的橡胶塞，取下装置右侧盖板中的导气管，将2支注射器分别插入左、右插孔，如图3所示。

2.3.3 “检验氧气”装置组装

取下装置左侧盖板中的橡胶塞，取下装置右侧盖板中的导气管，将2支燃烧匙分别插入左、右插孔，如图4所示。

3 操作步骤

（1） 收集气体：

① 在装置正面左侧贴上标签“新鲜空气”，右侧贴上标签“呼出气体”；② 取下装置左侧盖板，将装置放置在空气中3 min后，盖上盖板；③ 取出右侧导气管口的小纸条，向装置内连续多次吹气后堵塞管口。

（2） 检验二氧化碳气体：

① 取下左侧盖板中的橡胶塞，取下右侧盖板中的导气管；② 將2支注射器分别迅速插入左右插孔；③ 分别取出注射器抽取50 mL澄清石灰水注入装置；④ 轻轻震荡装置。

实验现象：新鲜空气装置内的石灰水仍清澈透明，人体呼出气体装置内的石灰水变浑浊。

实验结论：新鲜空气中二氧化碳气体含量低，呼出气体中二氧化碳气体含量高，说明人体进行呼吸作用产生了二氧化碳气体。

（3） 检验氧气：

① 将2支点燃的蜡烛分别放入2支燃烧匙；② 取下装置左、右盖板中的注射器；③ 迅速将燃烧匙插入左、右插孔；④ 观察蜡烛燃烧情况。

实验现象：呼出气体装置内燃烧的蜡烛火光小，且立即熄灭；新鲜空气装置内燃烧的蜡烛火光大，燃烧时间较长。

实验结论：新鲜空气中氧气含量高，人体呼出气体中氧气含量低，说明人体进行呼吸作用消耗了氧气。

4 装置的优点

① 装置为长方体，稳固性强，无安全隐患；② 装置无色透明，实验直观；③ 装置气密性好，最大限度减少实验误差，实验效果十分明显；④ 装置结构简单、性能稳定、操作方便；⑤ 装置制作容易，适于教学中推广应用。