基于滬教版新教材改進分子運動的實驗

摘" 要：" 針對滬教版初中九年級化學教材中分子運動實驗環境不密閉、不能探究溫度對分子運動速率的影響、裝置不便移動等問題，利用球形雙管杯和透明PVC軟管對實驗裝置進行改進。改進后裝置易于探究溫度對分子運動速率的影響，便于設計成對比實驗，成功率高、現象明顯、操作簡單，體積小巧，方便課堂上作移動演示。

關鍵詞：" 分子運動； 實驗改進； 球形雙管杯； 實驗探究

文章編號： 1005-6629（2025）01-0073-03

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1" 新老教材關于分子運動實驗的對比

分子運動實驗選自滬教版九年級化學上冊。該實驗在根據2022年版課標修編的“新教材”（2024年9月啟用）和基于2011年版課標編寫的“老教材”中所處的位置及內容上有細微差異，具體見表1。

通過對比發現，該實驗在新老教材中的差異主要有以下幾點：

（1） 實驗在課本中所處位置有所變化。“探究微觀粒子運動的實驗”已從老教材第三章第一節移到了新教材第一章第一節，老教材中已將“微粒的性質”部分內容刪除，主要原因在于學生已在初二物理中學習過，以避免內容上的贅述。新教材保留了“探究微觀粒子運動的實驗”，其目的在于通過有趣的實驗現象使學生直觀感受化學的神奇，提升學習化學的興趣，并從不同角度認識分子的性質。

（2） 對實驗操作的描述有細微調整。新教材保留了實驗1的操作，表述上更通暢，更規范。

新教材延續了該實驗，體現出該實驗的價值及重要性。同時將其置于開篇位置，體現對學生興趣引領的重視，培養學生的科學態度與責任。

2" 化學課標、物理課標對“分子”要求的對比

學生已在八年級物理中初步接觸過分子的概念，通過用鼻子聞氣味證明分子在不斷運動，同時通過紅墨水在熱水和冷水中擴散速率不同，證明溫度會影響分子的運動速率。因此學生對“分子”的微觀運動已有初步了解，但基本上是處于物理學科的層次，難以對微觀粒子產生更多想象。《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“物理課標”）［1］和《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“化學課標”）［2］對“分子”的相關內容的要求見表2。

物理課標強調從物理學的視角認識物質世界，初步形成物質觀念，認為物質是由大量微觀粒子構成的，這些微觀粒子在不斷地做無規則的熱運動，從而引發物質的宏觀性質。化學課標則強調從分子層面認識物質，能從分子視角初步分析物質的組成及其變化，引導學生從微觀視角認識物質及其變化，幫助學生建立宏觀與微觀的聯系，加強化學觀念的形成，促進學生核心素養的發展。

3" 問題的提出

新教材中通過“濃氨水揮發出來的氨分子不斷地運動，進入滴有酚酞的蒸餾水中，使溶液變紅”證明分子是在不停地運動著。實驗現象很明顯，但也存在以下幾個問題：

（1） 實驗現象無法將實驗“過程”現象可視化；

（2） 實驗不在密閉容器中進行。大燒杯移開后氨氣會逸散出來，污染空氣；

（3） 該裝置不能探究溫度對分子運動速率的影響；

（4） 教材裝置不便于移動演示。

針對上述問題，已有不少文獻對其進行了改進［3，4］，但很多實驗設計由于加熱方式比較復雜，并不方便用于探究溫度對分子運動的影響實驗。

4" 改進實驗方案

4.1" 實驗試劑與材料

主要實驗試劑：濃氨水、無色酚酞溶液、200mL的冷水和200mL熱水

主要實驗材料：注射器2支、球形雙管杯2個（結構簡圖如圖3）、濾紙條2條、打孔橡皮塞2個、透明PVC軟管2根以及燕尾夾2個（注：球形雙管杯是用于裝兩種不同飲料的杯子，不是我們實驗中所用的器材，材質為透明無鉛玻璃，淘寶網上有售）

4.2" 實驗裝置

本實驗所采用的實驗裝置如圖4所示。圖中2只球形雙管杯的外球杯分別裝有等量的熱水和冷水，其內球杯的瓶口均塞有橡皮塞，且橡皮塞上都插入了裝有等量濃氨水的注射器和透明PVC軟管（預先放置了蘸有酚酞溶液的濾紙條），透明PVC軟管的出口端用燕尾夾夾住。

4.3" 實驗原理

本實驗旨在探究氨氣分子運動的現象，通過水浴加熱加速氨氣分子的運動來觀察溫度對分子運動速率的影響。實驗原理如下：

（1） 濃氨水具有揮發性。

（2） 氨水呈堿性，能使無色酚酞溶液變紅。當球形雙管杯內球杯中濃氨水揮發出來的氨氣分子接觸到透明PVC軟管中蘸有酚酞溶液的濾紙條時，濾紙條就會從內球杯方向向外逐漸變紅。

（3） 分子在不斷運動，且溫度越高，分子能量越高，運動速率越快。

4.4" 實驗步驟

（1） 將濾紙剪成細細的長條塞入透明PVC軟管中，軟管出口端用燕尾夾夾住，再將無色酚酞溶液從軟管的橡皮塞端滴進去，使無色酚酞溶液朝著濾紙條流入并將整根濾紙條濕潤。然后將橡皮塞塞入與內球杯相連的瓶口中。

（2） 向1只球形雙管杯的外球杯中加入熱水，向另外1只球形雙管杯的外球杯中加入等量的冷水。

（3） 用2支大小相同的注射器各取等量的濃氨水（5mL），將注射器分別插入到不同內球杯瓶口的橡皮塞中。

（4） 同時按壓2支注射器，將濃氨水注入內球杯。

（5） 觀察實驗現象并記錄。濾紙條均從內球杯向外逐漸變紅，且在相同時間內，與裝熱水相連的透明PVC軟管中的濾紙條從內向外變紅的距離更長。

5" 小結

相較于新教材實驗，改進實驗的優點及創新點有：

（1） 巧妙利用球形雙管杯的特殊結構和一體化設計，便于探究溫度對分子運動速率的影響；

（2） 透明PVC軟管清晰地展示了分子的運動方向和路徑速率，現象明顯，較為直觀；

（3） 此實驗在密閉容器中進行，可避免氨氣逸出污染環境；

（4） 裝置小巧一體化，方便教師在演示過程中將裝置移動展示，便于學生近距離觀察；

（5） 該裝置還可用于探究物質的溶解度隨溫度變化的規律或探究過氧化氫溶液分解受溫度影響等實驗。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 義務教育物理課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［2］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［3］李沐. 分子運動實驗的改進和創新［J］. 化學教與學（下半月）， 2021，（10）： 91～92.

［4］郭濤. 巧設變式實驗裝置探究分子運動現象［J］. 化學教學， 2019，（9）： 3.