小荷才露尖尖角

李朝暉 覃楚貴

“戴口罩如何防止眼鏡起霧？”“在物資緊缺的情況下，消毒后的口罩能否反復使用？”2020年4月14日，湖北省赤壁市實驗中學科技創(chuàng)新教育先進經(jīng)驗的相關(guān)文章登上了“學習強國”平臺，引發(fā)了眾多網(wǎng)友的熱議。

近年來，學校創(chuàng)新觀念、機制和方法，堅持開展青少年科技創(chuàng)新活動，培養(yǎng)學生的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，取得了可喜成績，先后被評為全國科技教育創(chuàng)新學校、湖北省科技創(chuàng)新學校、湖北省科普示范學校。榮譽的背后，離不開學生們腦洞大開的發(fā)明創(chuàng)造。

與千年難題較勁

“這伢運用胡克定律設(shè)計出了任意角三分儀，不簡單啊！”4月下旬，聽說符子揚同學獲得了第31屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎，學校不少老師贊嘆道。

“三等分角是古希臘三大幾何問題之一，已有2 400多年歷史。”數(shù)學老師宋小柏介紹，1755年，法國科學院向世界宣判此題無解，但符子揚卻和世界級難題較勁，運用新思維和新方法設(shè)計出了新工具。

談起這項發(fā)明的靈感，符子揚說：“有一次，在數(shù)學課堂上，有同學提出如何用尺規(guī)法把一個任意角三等均分、四等均分……我覺得這個問題很有趣。”于是，他向數(shù)學老師劉柳請教這個問題，老師鼓勵他上網(wǎng)查閱資料，他這才發(fā)現(xiàn)，此題無解。

“能否用其他學科知識破解這個‘無解題？”在科技輔導員的指導下，符子揚想到了胡克定律（在彈性限度內(nèi)，物體的形變量與引起形變的外力成正比），并用該定律制作了一個三等分任意角的工具——三等分角儀。

簡單地說，三等分角儀就是把一根彈簧劃分出三等分點，將它與圓環(huán)形軌道相扣，拉出的三條弧線相等，三個圓心角也相等。

顛覆化學工具書

用水配制酚酞試液，聽上去似乎毫無新意，但熊澤堃和楊威兩位同學進行的“用酚酞水溶液作酸堿指示劑研究”卻榮獲湖北省第31屆青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎。

“有一次，我和楊威在做指示劑檢驗溶液酸堿性的實驗時，把無色酚酞試液滴入稀鹽酸和稀硫酸中，都出現(xiàn)了白色渾濁的‘意外現(xiàn)象。”熊澤堃介紹，這與教科書中描述的“無色酚酞試液滴入鹽酸和稀硫酸中不變色”完全不同。

“這是因為酚酞試液是用酒精配制的，由于濃度大，導致酚酞結(jié)晶出現(xiàn)白色。”化學老師周和平對此解釋道。于是，他們用水進行稀釋，“渾濁”的現(xiàn)象逐漸消失。實驗中出現(xiàn)的“意外”讓熊澤堃和楊威異想天開：能否用水來配制酚酞試液？

兩人查閱多種版本的《化學詞典》，并在網(wǎng)站上用關(guān)鍵詞“怎樣配置酚酞試液”搜索，發(fā)現(xiàn)配制方法很多，但都是用酒精作溶劑。其原因是酚酞不易溶于水而易溶于酒精。

實驗表明，用酚酞試液檢驗酸堿性不能用濃溶液，酚酞試液的濃度多大最好？用水溶解酚酞后的稀溶液能替代酚酞的酒精溶液作指示劑嗎？

兩人利用課余時間進行探究，發(fā)現(xiàn)用水配制的稀酚酞試劑既不變質(zhì)，又不影響中和終點的判定，甚至用0.005%這樣極稀的溶液都能靈敏顯色。

“兩位學生的試驗顛覆了化學工具書。”化學老師對二人贊不絕口。

節(jié)省實驗時間

“老師，分解碳酸鈣的實驗為什么要用那么長的時間？”在化學實驗室，赤壁市實驗中學九年級學生梁英麒向老師提出疑問。

老師解釋：化學實驗中常用的熱源是酒精燈，它的火焰溫度只有500℃至600℃，而碳酸鈣的熱分解溫度在860℃左右。即便酒精噴燈火焰可達1 000℃，也會因噴嘴經(jīng)常被堵導致火焰溫度不夠。

“有沒有一種方法能讓酒精蒸汽燃燒更充分，火力更強？”梁英麒苦苦思索。

有一次，梁英麒到外面吃飯，看到餐館中的燃氣燃燒火力特別大，溫度特別高，仔細觀察，發(fā)現(xiàn)是鼓風機在輸送空氣。由此，他受到啟發(fā)：通過給普通酒精燈火焰增氧來提高火焰溫度，應(yīng)該可行！

在老師的指導下，梁英麒將一根導管固定在與酒精燈火焰一樣高的高度。尖嘴導管對著酒精燈火焰的內(nèi)焰，實驗時，打開分液漏斗活塞制取氧氣，頓時形成一束高溫火焰，碳酸鈣頃刻被“瓦解”。

“本增氧提溫方案是一種可以持續(xù)提供高溫的熱源，所需儀器較少，不需要酒精噴燈，避免了安全隱患，可操作性強，耗時短。”在第31屆湖北省青少年科技創(chuàng)新大賽現(xiàn)場，說到該設(shè)計的創(chuàng)新點，梁英麒如數(shù)家珍。

巧判化學反應(yīng)

九年級化學課本“堿的化學性質(zhì)”中，由于二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，教材沒有設(shè)計實驗證明二者真的能發(fā)生化學反應(yīng)。對此，許安魁同學進行創(chuàng)新驗證，形象直觀地證明兩者確實發(fā)生了化學反應(yīng)。

許安魁巧妙地把氣球運用到了實驗中，讓氣球來當“裁判”。

實驗過程為：先利用碳酸鈉固體和稀鹽酸快速制取大量的二氧化碳氣體使錐形瓶內(nèi)氣壓增大，從而使氣球膨脹。再利用氫氧化鈉溶液與水、二氧化碳反應(yīng)使錐形瓶內(nèi)的氣壓減小，從而使氣球變小，根據(jù)氣球變小的程度說明氫氧化鈉溶液與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

“該實驗現(xiàn)象明顯，新穎有趣，安全簡便，同時利用日常使用的注射器作為實驗器材，做到了廢物利用。”談到作品的創(chuàng)新點，許安魁頭頭是道。

“在這項實驗中，許安魁將化學反應(yīng)與物理中的氣壓知識結(jié)合，是一種嘗試與突破。”科技輔導員周和平總結(jié)道。