二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验的创新设计（二）

３．２ 倾倒二氧化碳方式的改进 

在图１－图３中，集气瓶与烧杯之间呈一定的 角度 （约１２０°），倾倒二氧化碳时，气体会从瓶口 冲向上方的烛焰，造成 “不正常”熄灭。为排除此 干扰，改用了平移集气瓶法来倾倒二氧化碳，见图 ５、图６，操作如下：①将燃着的阶梯蜡烛固定在 烧杯的 Ｄ 侧；②将盖有毛玻璃片、盛满二氧化碳 气体的集气瓶倒放，置于烧杯的 Ｂ 端，远离蜡烛火焰；③左手按住毛玻璃片，右手握紧集气瓶并迅 速向烧杯中心 Ｅ平移，让气体自然下落。

３．３ 实验探究

实验 用 品：２５０ ｍＬ 烧 杯 （口 径 ７．５ｃｍ，高９ｃｍ）、２５０ｍＬ 集气瓶 （口径４ｃｍ）、燃烧匙２支 （铜制）、二氧化碳气体 （纯度９９．９％）、固体石蜡若干、细铁 丝 若 干、其 他 储 气 瓶 （口 径 分 别 为 ２～５ｃｍ）。

３．３．１ 探究阶梯蜡烛的最佳间距

用２５０ｍＬ烧杯做反应容器，将阶梯蜡烛的间 距依次调节为２，３，４，５ｃｍ 进行实验探究，步骤 如下：①将间距为２ｃｍ 的阶梯蜡烛点燃后置于烧 杯底部一侧。②将充满二氧化碳气体的集气瓶用平移法倾倒，记录２支蜡烛熄灭的时间 （ｔ１ 和ｔ２）以 及熄灭时间差 （Δｔ），重复 １０ 次实验，计算成功率。③再依次取间距分别为３，４，５ｃｍ 的阶梯蜡烛，重复上述实验步骤①和②，共得出４组数据。 ④整理实验数据，算出平均值，见表１。

结果表明，蜡烛间距分别为２，３，４，５ｃｍ 时实验的成功率依次是６０％，７０％，１００％，１００％。 分析原因：二氧化碳气体从集气瓶进入烧杯的过程 中，发生着沉降和扩散的合运动。当２支蜡烛的间 距较小时，二氧化碳气体的扩散作用易造成上方蜡 烛先灭或使２支蜡烛几乎同时熄灭的效果，见图
７ａ。当２支蜡烛的间距足够大时，二氧化碳气体扩散作用的影响降低，可以观察到下方蜡烛先熄灭、 上方蜡烛后熄 灭 的 现 象，见 图 ７ｂ。本 研 究 得 出， 当阶梯蜡烛的间距为４～５ｃｍ 时成功率高，不仅下方蜡烛熄灭得快，而且２支蜡烛熄灭的时间间隔较 长，更便于观察。

３．３．２ 探究不同口径储气瓶的实验效果

考虑到集气瓶口大小也会影响到二氧化碳气体 的沉降和扩散的快慢，理论上可考虑使用小口径储 气瓶的方法来减缓二氧化碳的扩散速度，防止上方蜡烛先灭的情况发生。选用了２～５ｃｍ 不同口径 “充满二氧化碳”的储气瓶进行实验探究，各重复 做了１０次实验。

（１）蜡烛间距为３ｃｍ 时使用不同口径储气瓶的实验效果见表２。

（２）蜡烛间距为４ｃｍ 时使用不同口径储气瓶的实验效果见表３。

（３）蜡烛间距为５ｃｍ 时使用不同口径储气瓶的实验效果见表４。 综合表２－表４的实验数据，得到的实验结果如下：

① 使用２ｃｍ 口径储气瓶做探究实验时，２支蜡烛均不熄灭。待实验结束后，将储气瓶正放，用燃着的木条伸入储气瓶，发现木条在瓶口附近就熄 灭了。说明若储气瓶的瓶口太小，烧杯内上升的热气流阻止了二氧化碳的下沉，导致实验失败。　

② 使用３ｃｍ 或４ｃｍ 口径储气瓶时，实验成功率高。而且使用３ｃｍ 口径储气瓶时蜡烛熄灭的 时间间隔更长，更便于观察蜡烛自下而上熄灭的现 象。

③ 使用５ｃｍ 口径储气瓶时，实验成功率只有６０％～８０％。说明瓶口过大时，瓶内二氧化碳的扩 散作用对实验的影响更明显，阶梯蜡烛更容易非正 常熄灭，实验成功率降低。 结论：当蜡烛间距为 ３～５ｃｍ 时，使用 ３～４ｃｍ 口径的储气瓶做倾倒二氧化碳实验时，成功率高。

４ 讨论

４．１ 本实验改进的优点

（１）用２支燃烧匙捆绑制成可调节的阶梯蜡烛，占据的空间小，减少了上升热气流和二氧化碳 下沉气流之间的碰撞，成功率高，重复性好。

（２）采用了平移集气瓶法，远离了热源，操作 安全易控，实验现象清晰，能正确反映二氧化碳的性质。

（３）实验探究了二氧化碳气体沉降和扩散的相 互关系，结果表明：在我们的实验体系中，阶梯蜡烛的间距在３～５ｃｍ 成功率高，使用口径为 ３～４ｃｍ 的储气瓶效果好。

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