自制“可燃性气体爆炸”演示仪

摘要

浙教版初中科学教材中缺乏演示可燃性气体（如甲烷）爆炸的专用仪器，而完成该演示实验对理解燃烧与爆炸条件至关重要。利用一次性注射器、空牛奶盒、导线、工字钉，以及从打火机拆取的压电点火装置等生活中易得物品，自制一款“可燃性气体爆炸”演示仪。该装置巧妙地利用了气体在密闭空间内急速膨胀的原理，并通过彩色纸盖等设计增强实验的视觉效果。该自制演示仪弥补了教材的缺失，且具有制作简单、材料廉价易得、节约药品、可操作性强及安全性较高等特点。

Graphical abstract

关键词

可燃性气体 / 爆炸 / 演示仪 / 实验教学

在浙教版科学九年级上册中，有一段科学知识是这样描述的：大部分有机物易挥发，易燃烧，要密封保存，做实验时一定要远离明火，防止着火或爆炸。但教材中没有安排可燃性气体爆炸的演示实验，学生只能学习抽象的安全知识，缺乏对爆炸威力的直观感受，可能对相关危险的认识不够深刻。为此，笔者利用一次性注射器、打火机、导线、工字钉、空牛奶盒、彩色纸等生活中常见的易得物品，巧妙组合成一款能演示可燃性气体爆炸的实验装置，有效弥补了教材中实验缺失的问题。在演示时仅需极少量的花露水，利用微弱的电火花即可产生非常明显的爆炸效果，且安全性高、视觉冲击力强，能很好地增强学生的安全意识。创新教材实验，让实验内容、实验过程更加契合学生实际，有利于培养学生的创新精神^［1］。

1 实验器材

打火机、20 mL注射器、空牛奶盒、工字钉、细导线、热熔胶枪。

2 “可燃性气体爆炸”演示仪的原理

利用打火机上的点火器、工字钉和导线形成尖端放电产生高压电火花，即可点燃封闭在注射器内的乙醇气体；当乙醇气体在封闭的注射器内剧烈燃烧时，气体体积在有限的封闭空间内急剧膨胀，从而引起爆炸，发出响亮的爆鸣声，活塞被冲出。

3 “可燃性气体爆炸”演示仪的制作过程

3.1 修整注射器

取1支20 mL的一次性注射器，先取出注射器的活塞，再用热熔胶将针筒的乳头部位进行密封并确保密封性良好（将活塞塞回针筒，往里推活塞，松手后观察活塞变化情况，若活塞回到原来位置，则说明气密性良好）。

3.2 组装点火装置

（1） 从打火机上拆下一个点火器，先空打一次，如果伴随清脆的“咔嗒”声，同时看到引火线尖端产生电火花，则说明点火器点火良好，可以使用。

（2） 先用剪刀剥除点火器的引火线头部绝缘层，再取两根各剥除5 cm左右绝缘层的导线。其中，1根导线与引火线连接，另1根导线与铜帽连接，并且分别用热熔胶固定密封。

（3） 两根导线的另一端分别与工字钉连接，并用热熔胶小心固定（确保固定不脱落，且能形成尖端放电）。

3.3 固定点火装置

（1） 将点火装置的工字钉沿针筒15 mL刻度处插入，使工字钉的尖端相对但不接触；空打一次点火器，如果伴随清脆的“咔嗒”声，同时看到两枚工字钉的尖端产生明显的电火花，则说明点火装置点火效果良好，可以使用。

（2） 将活塞塞回针筒，即制作完成整款爆炸演示仪的主体部分（图1）。

3.4 爆炸演示仪底座的制作

取1个空牛奶盒，用彩色卡纸包裹外壳并用热熔胶粘贴；在空牛奶盒中放半盒沙子，以增加稳定性；在外壳张贴上“可燃性气体爆炸”演示仪标签，即完成底座制作。

3.5 爆炸演示仪的组装

将点火装置的针筒头部插入牛奶盒，再将导线和点火器用热熔胶固定在底座上，遂完成整套“可燃性气体爆炸”演示仪的制作。

4 “可燃性气体爆炸”演示仪的使用方法

先取下活塞，往针筒内喷两下花露水（乙醇含量约75%）并立即塞紧橡皮塞；再按压点火器进行点火，若乙醇气体被成功点燃，则会听到“巨响”的爆炸声，同时活塞被爆炸产生的气浪瞬间冲向远处。

5 实验注意事项和实验装置优点

5.1 实验注意事项

（1） 在进行点火演示时，一定要将该演示仪对着无人的空旷处，且要让学生作好有惊无险的思想准备。

（2） 学生实验时，须在教师的指导下进行。

（3） 如果冷天温度较低时，则可以在实验前将注射器的针筒取下，用温水浸泡约10 s后擦干仪器，然后点火演示实验。

5.2 实验装置优点

（1） 废物利用，材料易得；制作方便，经久耐用。

（2） 有很响亮的爆炸声，且活塞被冲开飞出很远的距离，现象直观、明显，有震撼感。

（3） 可操作性强，使用安全，实验成功率高，能很好地激发学生学习科学的兴趣。

（4） 该演示仪还可以用来演示能量的转化。

（5） 小小的火星引发剧烈爆炸的效果，有利于学生树立安全意识，确保学生熟练掌握易燃易爆物的安全知识与应急处理方法。

6 结语

实验是科学教学的重要内容、方法与手段，直观而有效的实验更能激发学生浓厚的学习兴趣^［2］。笔者利用打火机、导线、工字钉、一次性注射器、空牛奶盒、彩色纸等生活中常见的易得物品，自制了一款“可燃性气体爆炸”演示仪。该演示仪有效填补了教材中“可燃性气体爆炸实验”的空白，能激发学生的学习兴趣。通过实验探究，学生不仅能拓展知识、掌握探究方法，还能提升探究能力与科学素养。

参考文献

[1] 顾建元.基于核心素养的情境化实验教学［J］.物理之友，2021，37（10）：37-39.

[2] 任振颖，张东林.基于物理学科核心素养的实验教学实践研究：点燃思维的星星之火［J］.物理教学探讨，2021，39（06）：11-15. （上接第106页）

[3] 地、仪器、材料等因素的限制，只能对实验方法和操作步骤进行简化与修改。在此过程中，我们尤其要重视实验的科学性和规范性，切不可为了简化实验而违背实验的基本原则。

[4] 3.2　重视实验的生活化

[5] “生活即教育”，生物学实验往往源于生活，设计实验时尤其要重视实验的生活化［2］。教师应引导学生从生活源头去寻找实验灵感、收集实验材料、改装实验仪器，鼓励学生尽量利用生活中的材料进行实验，总结生活规律，解释生活现象。

基金资助

2022年度广东省中小学教师教育科研能力提升计划项目专项课题“信息技术与高中生物实验教学融合的实践研究”(2022YQJK364)

2023年广东省中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0专项科研课题“信息技术融合高中生物学实验教学的案例开发研究”(TSGCKT2023229)

深圳市坪山区教育科学2024年度规划课题“高中生物数字化实验教学的案例研究”(PSGHZDKT2024133)