利用遥控器控制粉尘爆炸实验装置的设计

刘信友

摘要： 人教版九年级《化学》上册中的粉尘爆炸实验，装置简单易行且成本低，但其结构不稳、实验成功率不高，推广受到限制。经过多次试验，用遥控器、电机等器材对粉尘爆炸实验装置进行改进，达到了较好的实验效果。

关键词： 粉尘爆炸实验; 实验改进; 自制教具

文章编号： 10056629（2020）05006203

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

“粉尘爆炸实验”是人教版九年级《化学》上册第七单元课题1“燃烧与灭火”中的一个演示实验，学生通过粉尘爆炸实验的观察与操作，可认识粉尘爆炸的条件并形成预防危害的意识，从而接受安全与环保理念教育。从教学效果上看，教材装置存在结构不稳、成功率不高等问题。为此，我们对教材装置进行改进，自制“利用遥控器控制粉尘爆炸实验”装置，取得了较好的教学效果。笔者曾以“粉尘爆炸实验”为题，在知网上检索到学术论文273篇，诸文中的装置设计基本实现了面粉在密闭的装置中燃烧发生爆炸，取得了较好的实验效果。细细品味后受益匪浅，感触颇深。但笔者认为该实验还有值得研究和改进的地方，在此展示一例利用遥控器、电机等器材控制粉尘爆炸实验的改进装置，与读者分享。

1 教材传统实验设计

如图1中Ⅰ所示，剪去空金属罐和小塑料瓶的上部，并在金属罐和小塑料瓶的底侧各打1个比橡皮管外径略小的小孔。连接好装置，在小塑料瓶中放入面粉，点燃蜡烛，用塑料盖盖住金属罐，如图1中Ⅱ所示。从橡皮管一端鼓入大量空气，使面粉充满金属罐，观察现象并分析原因[1]。

按照这种要求制备成的装置，演示成功率低，因此该实验在实际教学中，我市乡镇中学大多数教师采取了只讲不做的方式，或者在网上寻找改进后的粉尘爆炸实验视频来代替实验。

2 “粉尘爆炸实验装置”部分研究成果

2.1 近5年的部分实验改进评述

学界认为此实验的成功关键因素有5点： 装置的材质硬度、装置密封，粉尘、空气的比例和鼓气的时间。每一环节都有相对严格的要求，操作不当，可能会酿成教学事故，造成极坏的影响。针对2014年7月至2018年9月的部分改进实验文献，分别就粉尘、火源、反应器和反应器材料4个方面对“粉尘爆炸实验”的改进作简要评析。

万莉等[2]巧用奶粉筒的盖子为塑料盖，正方形铁丝网放在最下面，将蜡烛放于金属筒底正中央，点燃蜡烛后迅速盖上装好面粉的塑料盖，再迅速用一只手拍盖子，爆炸声音响亮，现象明显且过程安全。这种改进简化了实验装置，不需要另外再鼓入空气，使实验操作更简单，与教材的装置相比较，成功率高。

徐康等[3]利用饼干盒（金属材质）和橡胶管连接设计“粉尘爆炸实验装置”。该装置为铁皮制品，不易燃，韧性强，安全性高，且容积远大于普通塑料瓶，粉尘量大，爆炸效果明显，视觉冲击力强，爆炸瞬间冲起的火焰使学生印象深刻，让学生更加深刻地理解粉尘爆炸的原理，同时也激发了学生学习化学的兴趣。

王发应等[4]利用玩具风扇对装置内进行鼓气，可在装置中形成连续、均匀的粉尘，点火后可获得很好的实验效果。爆炸后半固定的汽车轮胎橡胶皮又能自动复位，重新封闭塑料筒，简化了实验操作，避免了原实验中硬纸板乱飞、粉尘到处飞溅造成的困扰。實验装置实现了自动封闭的效果，使爆炸实验安全可靠地进行。

乔金锁[5]用透明塑料食用油壶代替金属罐做反应器，不仅避免实验危险性，而且可以清晰地看到，随着轻轻鼓气粉尘向上移动、蜡烛燃烧及粉尘燃爆的情况，进一步加深学生对粉尘爆炸原理的认识，深刻理解面粉厂、淀粉厂要避免明火和火星的缘由。用食用淀粉做粉尘，颗粒直径比面粉小，更容易燃爆，值得借鉴。用漏斗形容器替代桶形容器盛放粉尘，并向上鼓气，便于粉尘沿漏斗壁向上作雾状运动，有利于粉尘与空气混合均匀，燃爆现象明显，成功率高。

朱清勇等[6]利用生活中常见器材点火枪和用550mL塑料矿泉水瓶代替食用油桶、化学纯可溶性淀粉代替普通面粉，设计两种简约化的改进装置（初级版和加强版）。通过教学实践检验，改进后的装置实验效果显著。教师加强版实验时间短，只需3分钟即可完成，学生分组实验5分钟内也可以完成，培养了学生在生活中防范可燃性粉尘和可燃性气体的风险意识。

2.2 反思和体会

化学实验改进和创新的最终目的是服务于教学，解决实验教学中存在的问题，让学生动手做实验、用脑子思考、去探究为什么。作为农村基层一线的化学教师需要不断地修炼和提升自己，不仅要创造条件使学生亲历化学实验，更要改进和创新带有趣味性的生活化、简约化实验。唯有不断地研究、创新和改进，不断地尝试、失败、再尝试，方能达到成功的彼岸。通过实验的改进和创新点亮学生的心灯，让学生发自内心地喜欢化学[7]。

3 新设计装置

新设计装置如图2所示。

4 装置的制作

4.1 制作材料

电源1个（4.5V）、遥控器（玩具小车的）1个、电机（玩具小车的）1个（4.5V）、导线2根、塑料刷1把、矿泉水瓶嘴（带瓶盖配套）2个、不锈钢管1个（Ф139mm×40mm）、底座（170mm×170mm）、硬质透明塑料桶1个[（h=220mm）上底（Ф170mm）下底（Ф140mm）]、电池3节（1.5V×3=4.5V）、带盖网状塑料盒1个（Ф80mm×90mm）、蜡烛1根、天然气喷火枪1支

4.2 制作方法

4.2.1 底座的制作

首先取一块厚度为1mm不锈钢片，加工成长、宽分别为170mm的正方形钢片，再切取一段厚度为2mm的不锈钢管（Ф139mm、高40mm），在车床上把不锈钢管一端（高5mm）的内径打磨为Ф140mm、高10mm，将不锈钢管另一端用氧焊焊接到上述正方形钢片中间，用砂轮把焊接点打磨光滑即可（如图3所示）。

4.2.2 硬质塑料桶的加工

首先取高为220mm、上底（Ф170mm）、下底（Ф140mm）的硬质透明塑料桶1个，在塑料桶左侧正中间打椭圆形孔1个（Ф70mm×50mm）;塑料桶下底正中间钻孔1个（Ф15mm），用502胶水把切取好的矿泉水瓶瓶嘴（带螺纹）粘在开孔处，待粘牢固后，用瓶盖拧紧（此处按放蜡烛）;在塑料桶的右侧距底面40mm处打一小孔（Ф5mm），用502胶水把切取好的矿泉水瓶瓶嘴（带螺纹）粘在小孔处，待粘牢固后，用瓶盖拧紧;再取下塑料桶的盖，把网状塑料盒盖（Ф80mm）用螺纹钉固定在塑料桶盖的正中间（此时网状塑料盒可通过旋转拧紧方式固定在塑料桶盖上）;最后在塑料桶盖上打孔（Ф16mm），插入电机（电机下端转轴连接一个自制塑料刷），用502胶水将其缝隙密封，电机上方的正负极分别连接直流电源的正负极（如图2所示）。

4.2.3 点火系统的装配

将天然气喷火枪从右侧小孔处插入塑料桶内，与蜡烛棉线接近，按下天然气喷火枪开关，可立即点燃蜡烛，迅速移开天然气喷火枪，用矿泉水瓶盖将粘在孔上的瓶嘴拧紧，使塑料桶内处于密闭状态。

4.2.4 装置的组装及完善

将加工好的硬质透明塑料桶放入底座上的不锈钢管中，在连接电机的电池盒内装入3节1.5V的电池，向透明塑料桶盖上的网状塑料盒中加入20g面粉;用信笺纸（剪成Ф72mm×52mm）把左侧的孔遮封，并用浆糊粘紧;右侧小孔处安装天然气喷火枪。至此装置组装完毕（如图2所示）。

5 粉尘爆炸实验

首先将加工好的塑料桶放入底座上（见图3），使其稳定。打开塑料桶上方的盖，向与桶盖下方连接的塑料盒内加入约20g干燥的面粉，使其平铺在盒底上，盖紧桶盖;再按下塑料桶右下方天然气喷火枪开关进行点火，蜡烛燃烧后迅速移开喷火枪并封住孔;最后迅速打开直流电源开关，手拿遥控器控制电机转动，电机转轴带动塑料刷转动，只需几秒钟，在塑料桶内就会形成浓度均匀、稳定的粉尘，随即就会产生响亮的爆炸声和明亮的火光，塑料桶左侧椭圆形孔上粘贴的信笺纸被炸开，蜡烛火焰被震灭。

6 小结

利用遙控器控制电机转轴转动，电机转轴带动塑料刷转动，从而使得塑料桶内形成分布均匀、浓度稳定的粉尘，提高了实验的成功率。

（1） 利用遥控器在距塑料桶2米的地方操控面粉粉尘的爆炸，为实验的成功和安全提供了保障。

（2） 利用不锈钢底座固定硬质塑料桶组装的密封装置，

加上桶左侧圆形孔上粘贴的信笺纸的缓冲作用，

避免了原实验中硬纸板乱飞、粉尘到处飞溅造成的困扰，使爆炸实验安全可靠地进行。

（3） 材料易得，容易加工，制作简单，成本低廉，容易推广。

参考文献：

[1]王晶， 郑长龙主编. 义务教育课程标准教科书·化学（九年级上册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012： 133.

[2]万莉， 王萍， 谭宗俊. 粉尘爆炸实验的简单易行的2种改进[J]. 化学教育， 2014， （17）： 52.

[3]徐康， 王文娉. 利用生活用品改造初中粉尘爆炸实验[J]. 化学教与学， 2018， （1）： 90.

[4]王发应， 邓明非， 周凤顶， 王英. 粉尘爆炸实验的创新设计[J]. 化学教学， 2017， （2）： 59～61.

[5]乔金锁. 粉尘爆炸实验改进[J]. 化学教学， 2016， （2）： 67～69.

[6]朱清勇， 孙鹏. 粉尘爆炸实验改进两则[J]. 化学教学， 2018， （9）： 78， 94.

[7]朱清勇. 2017江苏省化学实验创新比赛观摩有感[J]. 化学教学， 2017， （10）： 18～21.