利用遙控器控制粉塵爆炸實驗裝置的設計

劉信友

摘要： 人教版九年級《化學》上冊中的粉塵爆炸實驗，裝置簡單易行且成本低，但其結構不穩、實驗成功率不高，推廣受到限制。經過多次試驗，用遙控器、電機等器材對粉塵爆炸實驗裝置進行改進，達到了較好的實驗效果。

關鍵詞： 粉塵爆炸實驗; 實驗改進; 自制教具

文章編號： 10056629（2020）05006203

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

“粉塵爆炸實驗”是人教版九年級《化學》上冊第七單元課題1“燃燒與滅火”中的一個演示實驗，學生通過粉塵爆炸實驗的觀察與操作，可認識粉塵爆炸的條件并形成預防危害的意識，從而接受安全與環保理念教育。從教學效果上看，教材裝置存在結構不穩、成功率不高等問題。為此，我們對教材裝置進行改進，自制“利用遙控器控制粉塵爆炸實驗”裝置，取得了較好的教學效果。筆者曾以“粉塵爆炸實驗”為題，在知網上檢索到學術論文273篇，諸文中的裝置設計基本實現了面粉在密閉的裝置中燃燒發生爆炸，取得了較好的實驗效果。細細品味后受益匪淺，感觸頗深。但筆者認為該實驗還有值得研究和改進的地方，在此展示一例利用遙控器、電機等器材控制粉塵爆炸實驗的改進裝置，與讀者分享。

1 教材傳統實驗設計

如圖1中Ⅰ所示，剪去空金屬罐和小塑料瓶的上部，并在金屬罐和小塑料瓶的底側各打1個比橡皮管外徑略小的小孔。連接好裝置，在小塑料瓶中放入面粉，點燃蠟燭，用塑料蓋蓋住金屬罐，如圖1中Ⅱ所示。從橡皮管一端鼓入大量空氣，使面粉充滿金屬罐，觀察現象并分析原因[1]。

按照這種要求制備成的裝置，演示成功率低，因此該實驗在實際教學中，我市鄉鎮中學大多數教師采取了只講不做的方式，或者在網上尋找改進后的粉塵爆炸實驗視頻來代替實驗。

2 “粉塵爆炸實驗裝置”部分研究成果

2.1 近5年的部分實驗改進評述

學界認為此實驗的成功關鍵因素有5點： 裝置的材質硬度、裝置密封，粉塵、空氣的比例和鼓氣的時間。每一環節都有相對嚴格的要求，操作不當，可能會釀成教學事故，造成極壞的影響。針對2014年7月至2018年9月的部分改進實驗文獻，分別就粉塵、火源、反應器和反應器材料4個方面對“粉塵爆炸實驗”的改進作簡要評析。

萬莉等[2]巧用奶粉筒的蓋子為塑料蓋，正方形鐵絲網放在最下面，將蠟燭放于金屬筒底正中央，點燃蠟燭后迅速蓋上裝好面粉的塑料蓋，再迅速用一只手拍蓋子，爆炸聲音響亮，現象明顯且過程安全。這種改進簡化了實驗裝置，不需要另外再鼓入空氣，使實驗操作更簡單，與教材的裝置相比較，成功率高。

徐康等[3]利用餅干盒（金屬材質）和橡膠管連接設計“粉塵爆炸實驗裝置”。該裝置為鐵皮制品，不易燃，韌性強，安全性高，且容積遠大于普通塑料瓶，粉塵量大，爆炸效果明顯，視覺沖擊力強，爆炸瞬間沖起的火焰使學生印象深刻，讓學生更加深刻地理解粉塵爆炸的原理，同時也激發了學生學習化學的興趣。

王發應等[4]利用玩具風扇對裝置內進行鼓氣，可在裝置中形成連續、均勻的粉塵，點火后可獲得很好的實驗效果。爆炸后半固定的汽車輪胎橡膠皮又能自動復位，重新封閉塑料筒，簡化了實驗操作，避免了原實驗中硬紙板亂飛、粉塵到處飛濺造成的困擾。實驗裝置實現了自動封閉的效果，使爆炸實驗安全可靠地進行。

喬金鎖[5]用透明塑料食用油壺代替金屬罐做反應器，不僅避免實驗危險性，而且可以清晰地看到，隨著輕輕鼓氣粉塵向上移動、蠟燭燃燒及粉塵燃爆的情況，進一步加深學生對粉塵爆炸原理的認識，深刻理解面粉廠、淀粉廠要避免明火和火星的緣由。用食用淀粉做粉塵，顆粒直徑比面粉小，更容易燃爆，值得借鑒。用漏斗形容器替代桶形容器盛放粉塵，并向上鼓氣，便于粉塵沿漏斗壁向上作霧狀運動，有利于粉塵與空氣混合均勻，燃爆現象明顯，成功率高。

朱清勇等[6]利用生活中常見器材點火槍和用550mL塑料礦泉水瓶代替食用油桶、化學純可溶性淀粉代替普通面粉，設計兩種簡約化的改進裝置（初級版和加強版）。通過教學實踐檢驗，改進后的裝置實驗效果顯著。教師加強版實驗時間短，只需3分鐘即可完成，學生分組實驗5分鐘內也可以完成，培養了學生在生活中防范可燃性粉塵和可燃性氣體的風險意識。

2.2 反思和體會

化學實驗改進和創新的最終目的是服務于教學，解決實驗教學中存在的問題，讓學生動手做實驗、用腦子思考、去探究為什么。作為農村基層一線的化學教師需要不斷地修煉和提升自己，不僅要創造條件使學生親歷化學實驗，更要改進和創新帶有趣味性的生活化、簡約化實驗。唯有不斷地研究、創新和改進，不斷地嘗試、失敗、再嘗試，方能達到成功的彼岸。通過實驗的改進和創新點亮學生的心燈，讓學生發自內心地喜歡化學[7]。

3 新設計裝置

新設計裝置如圖2所示。

4 裝置的制作

4.1 制作材料

電源1個（4.5V）、遙控器（玩具小車的）1個、電機（玩具小車的）1個（4.5V）、導線2根、塑料刷1把、礦泉水瓶嘴（帶瓶蓋配套）2個、不銹鋼管1個（Ф139mm×40mm）、底座（170mm×170mm）、硬質透明塑料桶1個[（h=220mm）上底（Ф170mm）下底（Ф140mm）]、電池3節（1.5V×3=4.5V）、帶蓋網狀塑料盒1個（Ф80mm×90mm）、蠟燭1根、天然氣噴火槍1支

4.2 制作方法

4.2.1 底座的制作

首先取一塊厚度為1mm不銹鋼片，加工成長、寬分別為170mm的正方形鋼片，再切取一段厚度為2mm的不銹鋼管（Ф139mm、高40mm），在車床上把不銹鋼管一端（高5mm）的內徑打磨為Ф140mm、高10mm，將不銹鋼管另一端用氧焊焊接到上述正方形鋼片中間，用砂輪把焊接點打磨光滑即可（如圖3所示）。

4.2.2 硬質塑料桶的加工

首先取高為220mm、上底（Ф170mm）、下底（Ф140mm）的硬質透明塑料桶1個，在塑料桶左側正中間打橢圓形孔1個（Ф70mm×50mm）;塑料桶下底正中間鉆孔1個（Ф15mm），用502膠水把切取好的礦泉水瓶瓶嘴（帶螺紋）粘在開孔處，待粘牢固后，用瓶蓋擰緊（此處按放蠟燭）;在塑料桶的右側距底面40mm處打一小孔（Ф5mm），用502膠水把切取好的礦泉水瓶瓶嘴（帶螺紋）粘在小孔處，待粘牢固后，用瓶蓋擰緊;再取下塑料桶的蓋，把網狀塑料盒蓋（Ф80mm）用螺紋釘固定在塑料桶蓋的正中間（此時網狀塑料盒可通過旋轉擰緊方式固定在塑料桶蓋上）;最后在塑料桶蓋上打孔（Ф16mm），插入電機（電機下端轉軸連接一個自制塑料刷），用502膠水將其縫隙密封，電機上方的正負極分別連接直流電源的正負極（如圖2所示）。

4.2.3 點火系統的裝配

將天然氣噴火槍從右側小孔處插入塑料桶內，與蠟燭棉線接近，按下天然氣噴火槍開關，可立即點燃蠟燭，迅速移開天然氣噴火槍，用礦泉水瓶蓋將粘在孔上的瓶嘴擰緊，使塑料桶內處于密閉狀態。

4.2.4 裝置的組裝及完善

將加工好的硬質透明塑料桶放入底座上的不銹鋼管中，在連接電機的電池盒內裝入3節1.5V的電池，向透明塑料桶蓋上的網狀塑料盒中加入20g面粉;用信箋紙（剪成Ф72mm×52mm）把左側的孔遮封，并用漿糊粘緊;右側小孔處安裝天然氣噴火槍。至此裝置組裝完畢（如圖2所示）。

5 粉塵爆炸實驗

首先將加工好的塑料桶放入底座上（見圖3），使其穩定。打開塑料桶上方的蓋，向與桶蓋下方連接的塑料盒內加入約20g干燥的面粉，使其平鋪在盒底上，蓋緊桶蓋;再按下塑料桶右下方天然氣噴火槍開關進行點火，蠟燭燃燒后迅速移開噴火槍并封住孔;最后迅速打開直流電源開關，手拿遙控器控制電機轉動，電機轉軸帶動塑料刷轉動，只需幾秒鐘，在塑料桶內就會形成濃度均勻、穩定的粉塵，隨即就會產生響亮的爆炸聲和明亮的火光，塑料桶左側橢圓形孔上粘貼的信箋紙被炸開，蠟燭火焰被震滅。

6 小結

利用遙控器控制電機轉軸轉動，電機轉軸帶動塑料刷轉動，從而使得塑料桶內形成分布均勻、濃度穩定的粉塵，提高了實驗的成功率。

（1） 利用遙控器在距塑料桶2米的地方操控面粉粉塵的爆炸，為實驗的成功和安全提供了保障。

（2） 利用不銹鋼底座固定硬質塑料桶組裝的密封裝置，

加上桶左側圓形孔上粘貼的信箋紙的緩沖作用，

避免了原實驗中硬紙板亂飛、粉塵到處飛濺造成的困擾，使爆炸實驗安全可靠地進行。

（3） 材料易得，容易加工，制作簡單，成本低廉，容易推廣。

參考文獻：

[1]王晶， 鄭長龍主編. 義務教育課程標準教科書·化學（九年級上冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012： 133.

[2]萬莉， 王萍， 譚宗俊. 粉塵爆炸實驗的簡單易行的2種改進[J]. 化學教育， 2014， （17）： 52.

[3]徐康， 王文娉. 利用生活用品改造初中粉塵爆炸實驗[J]. 化學教與學， 2018， （1）： 90.

[4]王發應， 鄧明非， 周鳳頂， 王英. 粉塵爆炸實驗的創新設計[J]. 化學教學， 2017， （2）： 59～61.

[5]喬金鎖. 粉塵爆炸實驗改進[J]. 化學教學， 2016， （2）： 67～69.

[6]朱清勇， 孫鵬. 粉塵爆炸實驗改進兩則[J]. 化學教學， 2018， （9）： 78， 94.

[7]朱清勇. 2017江蘇省化學實驗創新比賽觀摩有感[J]. 化學教學， 2017， （10）： 18～21.