关于水的科学小实验及原理范文

导语：如何才能写好一篇关于水的科学小实验及原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：趣味化学实验；实验设计；学习热情

《义务教育化学课程标准》（2011年版）在课程性质中明确指出：“化学是一门以实验为基础的学科，在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力。”因而，在沪教版九年级化学的教材设置中，实验占据着较大的比重，且不断渗透通过实验学习化学的思想，同时也从学生学习能力、思维逻辑特点和基本科学原理等角度选择设置实验。但随着食品安全的恶化及环境污染的加剧，化学以负面形象出现在公共舆论媒体中，入门之初，学生就对化学产生了畏惧心理，将化学实验和化学试剂与危险等同，于正式学习前已产生一定程度的心理负担。

化学趣味实验于平淡中显神奇，将化学所拥有的“魔力”充分展现在学生面前，在消除学生学习恐惧和心理负担等方面起着举足轻重的作用。在化学教学过程中引入趣味化学实验不但能激发学生的学习兴趣，还能够促进学生对化学知识和原理的理解，并为后续的化学学习做好铺垫。

伴随着基础课程教育改革的实施，学生更为重视自身的个性发展，渴望互动新颖的教学形式、轻松活泼的课堂氛围、趣味化的教学手段和生活化的教学内容。趣味化学实验应以上诸多要求而产生，体现了“玩中学”的教育观念，令人耳目一新却又回味无穷。因而，趣味化学实验的研究和设计成为必然。

设计趣味化学实验的首要原则是趣味性。围绕趣味性，可从以下三个方面进行设计。

一、根据化学反应中物质的颜色变化来设计

化学反应中常常伴随着颜色的变化。以新颖的方式将化学反应中的颜色变化呈现给学生应该是趣味化学实验设计的一个重点。相同的一个化学反应，如果以不同的方式进行设计，将会呈现出不同的视觉效果。在沪教版九年级化学第三章中有一个关于分子不断运动的实验，如图一所示：

但该实验存在一些不足，如药品用量太大，不符合药品节约的原则；实验时间较长；由于氨气具有挥发性，实验结束后，教室内充满刺激性气味，对人体的健康不利；缺乏趣味性，反应较长时间后除了能观察到烧杯表面一层略微变红以外，没有其他更为明显的现象。基于以上的种种不足，对课本实验进行改进，如图二所示：具体步骤如下：

1.关闭止水夹②，打开止水夹①和③，将胶头滴管内的浓氨水滴入装有氢氧化钠固体的试管内；

2.一段时间后，观察到烧杯中酚酞变红，则立即关闭止水夹①③；

3.打开止水夹②便可以观察到红色的喷泉。

由于氢氧化钠固体溶于水放热，加速了氨气的挥发，节约了实验时间；烧瓶内能收集到氨气，说明氨气分子在不断运动；烧杯内酚酞试液的变红，可说明烧瓶内的氨气已经收集满，同时也防止过多的氨气逸散到空气中带来环境污染；由于部分氨气逸散到烧杯中，且溶于加有酚酞试液的水中，导致烧瓶内压强变小，形成了压强差；打开止水夹②可形成美丽的红色喷泉，也增加了本实验的趣味性。

二、根据化学反应物质的状态变化来设计

化学反应中常有气体的生成或者沉淀的产生等现象。挖掘这些现象中的趣味性，将它们以趣味化学实验的方式呈现出来，会极大地激发学生对化学实验的兴趣。例如，在沪教版九年级化学第一章中关于“空瓶生烟”的实验（如图三所示），虽然现象明显，但在集气瓶中收集氨气和氯化氢气体，操作比较繁琐。因此可以利用浓氨水和浓盐酸较强的挥发性，在演示该实验时，将玻璃棒蘸取两种液体（或注射器抽取两种试剂上方的气体），相互靠近（如图四、五所示），便可看到大量白烟，操作简单，现象明显。

三、根据化学反应的能量变化来设计

化学反应中能量的变化主要表现在发热、发光、产生火焰等。将这些直观现象以更加巧妙有趣的形式展示给学生，是设计趣味化学实验的一个重点。例如，在沪教版九年级化学第六章中，关于测定NaCl、NH4NO3、NaOH溶于水后溶液温度的变化，课本中采用了温度计多次测量的方法，虽然能获得最终的结论，但学生对该实验的兴趣不是很浓烈。如何以更加直观新颖的形式演示此实验呢？可将课本实验进行改进（如图六装置所示），利用热胀冷缩原理，通过U型管内液面的改变，即可分析出物质溶于水后热量的变化。

趣味化学实验能充分利用学生的感官，将学生各方面的机能加以合理调动，让学生在活动中能充分感受化学实验的光、声、热、气味等，并培养了学生的观察能力、动手操作能力及表达交流的能力。趣味化学实验能充分发挥学生的创新意识，激发学生学习化学的热情，促进学生各个方面的发展，并创设了更为广阔的发展空间。

参考文献：

[1]汪家发，汪学宝.趣味化学实验的原则和设计[J].实验教学与仪器，1994.

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从输送物料位移方向和角度来划分，螺旋输送机一般分为水平固定式，倾斜式和垂直式螺旋输送机三大类型。水平式和垂直式螺旋输送机由于实际应用中比较广泛，其设计制造和性能参数相关研究比较成熟，大倾角螺旋输送机的倾角主要是大于20°小于90°，同水平式的输送机工作原理差别较大，而国家标准规定里关于螺旋输送机所提供的内容只适用于水平和微倾斜（15°以下）螺旋输送机的设计计算，而对于大倾角螺旋输送机设计计算没有权威数据可供参考。

一、螺旋输送机主要设计参数及其选取

螺旋输送机的设计参数主要有输送量、螺旋轴转速、螺旋叶片直径、螺距、螺旋轴直径、填充系数、传动功率以及倾斜角度。由于倾斜角度是一个在设计完成后会影响到输送机的输送性能的参数，且它对其他的一些参数也会有影响，因此其影响的不确定性也很大，目前也没有可以供参考的权威数据。

螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗均有影响。螺旋输送机输送能力随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时螺旋输送机布置时倾斜角度也影响物料的输送效果。

另外，倾斜角度的大小还会影响填充系数：倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。

二、 国内外研究现状

在国内，关于螺旋输送机的研究比较多，但主要是研究水平或者是微倾斜的螺旋输送机。1977年4月，洛阳工业高等专科学校的赵红霞，刘建寿和李志荣等人从螺旋叶片结构尺寸出发，对输送机的螺旋叶片结构尺寸的优化问题做了深入研究，研究出螺旋叶片的结构尺寸对输送机的输送效率的影响，得到了螺旋输送机的输送功率的通用计算公式，但结果往往小于实际值。针对这个问题，武汉食品工业学院的庞美荣等人经研究分析提出了推荐计算公式，并将推荐计算公式和通用计算公式结合起来，得到的结果同实际值相符。

国外在20世纪中后期，对大倾角螺旋输送机的研究比较活跃。Robert等人对大倾角螺旋输送机进行了台架试验，对大倾角螺旋输送机的理论进行了丰富。目前，随着粉体力学及相关分析软件的不断发展，许多研究者用EDEM或FLUENT软件对大倾角螺旋输送机进行仿真模拟计算，但是由于缺乏实际的试验数据来验证，这些模拟计算结果的可靠性还待考证。

目前，关于水平或者微倾斜的螺旋输送机研究较多，也较成熟，而大倾角螺旋输送机的研究很少，也不全面。由此，我们设计如下台架试验装置，通过各种不同物料不同倾角的试验来验证倾角参数的影响。

三、自动化台架试验装置

如图1所示，这是一套专门用来研究螺旋输送机工作性能的试验台架，通过该台架可以完成大倾角螺旋输送机的性能试验研究。该试验台架可以针对不同的结构参数、工作性能参数、输送倾角以及不同的输送物料进行单因素或多因素的试验，通过研究，该试验台架应具有以下几个特点：

1.输送倾角可变：设计一个变倾角装置改变螺旋输送机的倾角，研究倾角对输送流量的影响。

2.螺旋转速可调：选用调速电机可方便改变螺旋轴转速，用来研究转速对输送流量的影响。

3.可测量物料瞬时流量：设计一个固体颗粒流量测量装置，准确测量出物料在出料口处的瞬时流量。

4.物料的可循环输送：能够方便的实现物料的循环利用，降低研究成本。

5.螺旋轴方便拆卸和更换：用来研究不同结构参数对输送性能的影响。

进行大倾角螺旋输送机的性能试验研究时，实验机架上安装好螺旋输送机，调试完成后开始实验。经过多次实验，获得大量准确的实验数据，并通过对数据的处理和研究，分析出在大倾角情况下，转速和倾角对输送流量的影响，为提高设备的输送效率，优化机器设备性能提供有效的数据依据。该装置还可以完成相关物料在大倾角螺旋输送机中的填充系数的测定和倾角系数的补充和完善，填补倾角大于20°倾角系数的空白。

四、结束语

上述螺旋输送机试验台架结构简单，操作方便，易于装卸，安全可靠，具有完善的数据测量及采集功能，研制完成后，可以用作各种不同大倾角螺旋输送机的试验研究平台。该平台可以为后续试验数据处理提供大量的原始数据，为研究设计参数的选取对输送性能的影响打下坚实的基础。

图1 螺旋输送机台架试验装置示意图

参考文献

[1]螺旋输送机 JB/T 7679—95.北京：机械工业部标准化研究所，1996.

[2]徐余伟.螺旋输送机设计参数的选择和确定.武汉理工大学，2008.

[3]张东海.螺旋输送机的优化研究.大连理工大学，2006.

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一、通过课外小实验，锻炼学生动手操作本领

动手能力是学生物理能力的重要方面，也是学生物理素养的重要体现。高中物理教材上除了演示实验和分组实验外，还根据不同章节的知识，确定了很多新颖别致的课外小实验。这些课外小实验在一定程度上拓宽了学生的视野。我结合学生实际，另外给学生增补了10多个有趣的小实验。如在教学“动量”的内容时增设了“利用自来水来观察反冲运动”；在教学“电场”的知识时增设了“观察静电屏蔽现象”；在教学“光的色散”时增设了“人造彩虹”等小实验。我将这些课外小实验，按教材顺序，让学生在课外实验兴趣小组动手实施，每个实验都让学生独立设计，实践操作，结束后完成相应的实验报告。对那些有一定难度的小实验，我给予及时点拨与提示，包括实验的原理、所需要的器材及实验操作与观察的要领等。而有些实验原理比较简单，所需的器材较少而且在生活中又容易找到，则可让学生在课外随机完成；而那些需要用实验室器材的，则必须让他们在实验室里完成。如“测量自己的反应时间”、“缝衣针浮于水面”、“观察光的衍射”等都可由学生在实验室外完成，而“电磁感应现象的观察”、“显示与观察微小形变”等必须由学生在实验室中合作完成。

生动鲜活的课外小实验，极大地丰富了学生对物理的认识，提高了学生的学习兴趣，深化了学生对物理概念和规律的理解，还提高了学生的动手操作和手脑并用的能力，对开发学生的智力大有裨益。

二、开展科技小制作和小论文活动，培养学生的创新思维

科技创新和发明是人类社会不断进取的动力源泉，也推动着人类社会的进步。物理学科作为一门应用性很强的学科，在培养学生的创新意识和创新思维方面具有独特的作用。这种创新思维往往产生于平时的点滴实践中，因此，教师可以在平时的教学中让学生开展一些小制作活动，从而既让学生在这些活动中加深对物理知识的理解，又培养他们的创新意识和创新精神。

1.拓展教材知识，引导学生完成科技小制作。

学习的目的是应用，学以致用也是素质教育的终极目标。学生在学习了知识后，运用学过的知识，自主地完成小制作和小发明，可以极大地感受到物理学习的价值，享受到学习物理的乐趣。如学习了“静电感应”的知识后，我让学生自主设计，有的学生制作了“简易静电吸尘器”，有的学生做出了“简易验电器”；在学习了“动量守恒定律”后，有的学生“研制”出了“微型火箭”；在学习了电路的知识后，有的学生设计了“热得快的自控电路”、“节日小彩灯电路”等。这些丰富多彩的小实验，不仅丰富了学生的学习生活，更让学生在活动中感受了物理学习给生活带来的便利。

2.内化认知体验，创作科技小论文。

科技小论文是学生对物理问题思考的结果，是他们对物理知识运用于生活的感受，学生针对学习中的所获所感，适当加工，将自己的思考呈现出来，不失为对问题的反思和升华。如学习了“向心力”的知识后，我遇到学生在观察的基础上写科技小论文，有的学生写出了《汽车拐弯的安全》；学习了“动量定理”后，有的学生写出了《怎样让汽车更舒适》；学习了“超重和失重”的知识后，学生写出了《神舟飞船中的宇航员的生活》等，这些文章虽略显稚嫩，也不乏值得商榷之处，但处处闪耀着学生思维的火花。

3.科学合理展望，引导学生大胆猜想。

科学合理的猜想是创造发明的前奏，学生只有敢于猜想，才会勇于实践，才会不断迸发出灵感的火花。如每学期，我都会让学生结合本学期的学习，展开自己的奇思妙想，写出一些令人深思的科幻文章，在班级中进行交流，让人耳目一新。如《未来世界的能源》、《超导带给我们什么》、《反物质世界与物质世界的碰撞》、《制作环保生物电池》等。

丰富多彩的科技小制作和小论文撰写，极大地提高了学生的科学情趣，让他们学会了独立思考、独立创新、科学想象，为他们养成良好的科学态度和科学习惯奠定了坚实的基础，指引着他们在未来的人生道路上学会思考，学会分析。

三、积极拓展社会实践，培养学生适应社会与了解世界的能力

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课程标准是教材编写的重要依据。总体编写思路是贯彻落实课程标准提出的基本理念，根据各模块的具体内容标准，结合学生的年龄特征、认知规律和教学实际，本着便于教和学的原则进行设计。概括地说，教材的编写要体现课程标准的基本理念，遵循课程标准的设计思路，落实课程标准中“具体内容标准”的要求。具体包括以下几个方面。

1．重视基础知识的教学，帮助学生形成良好的知识结构

（1）构建主线突出、结构合理的知识体系

为凸显各模块在知识教育方面的价值，帮助学生形成良好的知识结构，每个模块的知识内容都围绕一定的主线展开；同时，根据学生的认知规律，确定知识内容的呈现顺序，使之形成结构合理的知识体系。例如，在《分子与细胞》模块，教材内容围绕“细胞是基本的生命系统”这一主线展开。

（2）重视基本概念、原理和规律

高中生物课程涵盖的知识内容广泛而丰富。对学生来说，知识性内容与生物学基本概念、原理和规律的相关性越高，实现迁移的可能性越大，其时效性越长久，对学生终身学习和发展的价值就越大。鉴于此，知识性内容着重围绕生物学基本概念、原理和规律展开，避免过多事实性知识的罗列堆砌和单纯描述，在认识“是什么”的基础上，更多地探讨“如何”和“为什么”。例如，关于动物和人体的激素调节，重点是让学生通过具体实例理解反馈调节和分级调节的原理，以及激素调节的特点，而不是罗列许多激素的分泌部位和生理作用。

（3）把握基础性，体现先进性

按照课程标准的要求，精选符合学生发展需求和认知水平的基础知识。知识内容的深难度总体上维持在现行高中生物教材的水平，避免出现深、难、重。

基础不等同于经典。教材展示给学生的生物学，应当具有时代特色，基础性应是现代意义上的基础性。在体现共同基础的必修教材中，一些基本概念和原理力求与现代生物科学相一致，体现先进性。例如，酶的概念不局限于蛋白质的范畴，中心法则不局限于克里克提出的经典法则，将免疫也视作一种调节方式，等等。此外，还以“科学前沿”、“科学•技术•社会”等形式介绍了生物科学的新进展，如通道蛋白、人类蛋白质组计划、DNA指纹技术、基因治疗、恢复生态学等。在满足学生多样化发展需要的选修教材中，内容紧扣时代脉搏，集中反映现代生物科学和生物技术及其应用，同时也注意到把握基础性，避免过深过难。例如，在《现代生物科技专题》中，侧重基本原理和方法及其应用的介绍，技术操作多用“生物技术资料卡”形式介绍，学生一般了解即可。

基础性与先进性之间有时会出现矛盾，矛盾的焦点是学生的认知水平和接受能力。对此，教材从高中阶段教育的性质和任务出发，做了灵活变通的处理。例如，关于水分子的跨膜运输，尽管已发现水通道，教材正文仍沿用目前细胞生物学专著中将其归为自由扩散的说法，而将通道蛋白的内容放在课外阅读材料“科学前沿”中介绍；关于细胞的衰老和癌变的原因，则采用在正文中排小号楷体字的办法，供感兴趣的学生选读。此外，教材不可能也无必要在反映新进展上面面俱到，为此，在正文和作业中常常提示学生搜集有关资料。

（4）突出重点，点面结合，使知识内容层次分明

教材中重要概念和原理的表述，以黑体字排印；其余需要学生认真阅读和理解的内容以宋体字排印；供学生一般了解或选学的内容以楷体字排印，或以“相关信息”、“资料卡”、“科学•技术•社会”等形式出现，有的内容明确标注“选学”。《生物技术实践》中帮助学生设计实验的资料也以楷体字排印。

（5）纵横衔接，促进知识网络的形成

体现生物学与数学、物理、化学等学科的横向联系，教材旁栏设有“学科交叉”栏目；为体现各个模块间、同一模块各章节间的联系，教材旁栏设有“知识链接”栏目。在必修模块各章后的自我检测中，大多安排画概念图的习题。

2．突出生物科学的过程与方法，培养学生的科学探究能力

有关科学过程与方法的内容，在教材中占有较大的比重。“过程”包括科学家的研究过程和学生亲自参加的探究过程。“方法”侧重在科学探究的一般方法，也包括学科内的方法，如分离细胞器的方法、放射性同位素标记法、标志重捕法等。

（1）关于科学方法的内容

教材中涉及的科学探究的一般方法如下图。

这些科学方法的内容贯穿在各个模块中，同时，不同模块在科学方法教育上又有不同的侧重点。例如，《分子与细胞》模块侧重观察和实证的方法，《遗传与进化》模块侧重假说演绎的方法，《稳态与环境》模块侧重系统分析的方法。

鉴于思维能力是科学探究能力的核心，教材注重思维方法的训练：①注重训练抽象思维和发展形象思维相结合；②注重形式逻辑思维与辩证逻辑思维相结合；③注重引导发散思维、求异思维和批判性思维；④重视数学方法、模型方法和系统方法的介绍和运用。

关于科学方法的内容，教材主要通过研究过程的介绍和探究活动的设计，让学生逐步领悟。此外，在必修模块中还辟有专门的栏目予以提炼和概括，其中属于科学探究一般方法的内容见下表。

分子与细胞遗传与进化稳态与环境

模型方法

提出假说

控制变量

对比实验假说—演绎法

类比推理预实验

调查法（样方法等）

数学模型

这里有两点需要说明：①教材中科学方法内容是建立在义务教育生物课程标准实验教科书基础上的，初中阶段已经讲述的方法不再作为重点介绍，如观察法、实验法、调查法、比较法、搜集资料的方法等；②系统分析的方法对高中学生来说过于深奥，教材通过研究群落、生态系统的结构和能量流动等内容来渗透其大致思路，而未作正式表述。

（2）强化科学方法教育、培养科学探究能力的途径

①安排丰富多样的科学探究活动，让学生通过活动体验过程，领悟和运用方法（见下表）。

类型特点能力目标侧重点

实验说明材料用具、方法步骤等培养操作技能和观察能力

探究学生自行制订探究方案

学生自主探究的空间大全面提高科学探究能力

模型建构提供一定的指导，由学生动手动脑建构模型领悟和运用建构模型的方法

资料分析提供让学生分析的资料培养信息处理能力

资料搜集和分析让学生搜集资料培养信息搜集和处理能力

思考与讨论，讨论提出要讨论的问题培养思维能力

技能训练就科学探究的某一环节创设情境，提出问题训练过程技能

调查提出要求和提示，让学生到自然界或社会中进行调查培养调查能力

②较多地介绍生物科学史的内容，特别是生物科学史上的经典案例。有的部分以科学发现的先后顺序作为构建框架的重要线索，如遗传部分。让学生分析科学家是怎样进行科学研究的，从中获得科学方法等方面的启示。

③鼓励学生积极思考和讨论。在资料分析、旁栏思考题、技能训练、练习、思考与探究、自我检测等栏目中有许多关于科学过程和方法的思考题，可以帮助学生领悟方法，活跃思维，提高科学探究能力。

3．关注科学、技术和社会的关系，深化情感、态度和价值观教育

通过教材展示给学生的生物学，是在先进的技术手段支持下不断成长的生物学，是通过技术而不断转化为现实生产力的生物学，是在广阔的社会背景中，对人类文明有着巨大推动作用，同时又可能产生一些负面影响和冲击的生物学。为此，教材一方面介绍有关生物科学、技术和社会关系的资料，另一方面还引导学生深入探讨生物科学、技术和社会三者之间复杂的互动关系，理解科学的价值和局限性，养成热爱科学、尊重科学、理智地运用科学成果的情感和意识，树立人与自然和谐发展的观念，形成科学的价值观。

教材通过多种方式，突出这方面的教育：

①通过资料搜集和分析、思考和讨论、调查、评价等多种活动，落实科学、技术和社会关系的教育。

②在必修模块中设置“科学•技术•社会”和“与生物学有关的职业”等栏目；正文辟“与社会的联系”小栏目。

③在选修模块中分别设置相应栏目。如《生物技术实践》中的“课题背景”，《生物科学与社会》模块中的“从社会中来”、“到社会中去”及“现实中的问题”，《现代生物科技专题》中的“实践活动”、“进展追踪”、“论坛”、“热点问题讨论”等。例如，设置“论坛”引导学生深入讨论生物技术的安全性和伦理问题。

④在教材的作业系统中设计相关的练习题。

教材通过介绍科学家从事科学研究的实例、安排学生探究活动和讲述有关知识等多种途径，试图构建具有生物学科特点和时代特色的情感态度价值观体系。

4．重视知识内容与生活经验的联系，激发求知欲，驱动知识的建构

借鉴有意义学习和建构主义学习理论，教材内容的表述不是从概念到概念，而是尽量从生活经验入手，创设较好的问题情境或悬念，激发学生的学习兴趣，促使学生头脑中发生新知识与原有经验之间的联系，完成知识的建构，同时也理解所学知识的价值。

①必修模块的每节都从“问题探讨”入手，该栏问题除出自科学史外，主要是从学生的生活经验中提炼。

②教材重要概念和过程的阐释，尽可能结合学生的经验和生活体验，使之亲切而生动。

③不少章节采用问题串的形式，引导学生步步深入地分析问题、解决问题，建构知识，发展能力。在《分子与细胞》模块，还设有“与生活的联系”栏目。

④作业系统中注意习题与生活、健康、环境等方面的联系和实际应用。

5．加强内容的引导性和开放性，促进探究性学习

为促进学生形成主动、探究、合作的学习方式，教材改变传统的注入式写法，也未停留在经典的启发式写法上，而是引导学生提出问题、分析问题、通过各种途径寻求答案，在解决问题的思路和科学方法上加强点拨和引导。

教材内容的开放性表现在以下几个方面：

①有些问题，不是直接给出答案，而是让学生自己探究；

②有些问题，并未叙述得面面俱到，而是提出要求，让学生自己搜集信息，特别是联系当地和当前实际的信息；

③探究活动的写法重在引导，探究的课题、材料用具和方法步骤不作过死的规定；对于难度较大的探究活动，教材提供了参考案例;

④介绍生物科学上目前尚未解决的疑难问题或存在的争议，体现科学体系的开放性；

⑤有些练习题的答案不惟一。

6．改进作业系统，促进评价的改革

评价方式的改革是课程改革的关键环节之一。教材改变了作业系统主要为巩固知识而设计的传统做法，以期促进生物课程的评价改革。

①作业系统围绕知识、能力和情感三方面的目标来设计，特别重视知识的迁移、方法的运用和发散思维的培养。例如，必修模块每章后都有“自我检测”题，帮助学生从知识的掌握和能力的发展等方面进行自我评价。

②作业系统的内容既包括章节后的作业题，也包括某些探究活动中的讨论题；既有随堂练习和技能训练，又有阶段性的自我检测；既有书面作业，又有课外实践、撰写综述报告等实作评价的内容。

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关键词：科学素养；化学观念；化学能力

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711(2014)07-0068

一、化学学科素养的涵义

1. 化学观念：化学观念是从化学的视角，阐述对自然、社会与化学学科的存在与发展的最基本的看法。化学观念包括化学术语和化学学科的基本观点以及理解化学是什么，化学有什么用，如何用等；它包含了对科学、工程、技术的一种意识；强调了化学与人的关系和化学作为一个载体的作用。

2. 化学能力：化学能力属于综合能力的种类，我们将化学能力分为对化学的认知策略、化学智慧技能、化学实践方面的动作技能三个部分。

二、化学学科观念生成的有效途经

1. 立足社会事实，形成化学的基本观念

从大的方面来看，它涵盖了“公众的科学素养问题、化学与社会的关系问题、环境保护与新型绿色化学问题、化学发展史与认识的问题”，也包括为什么要学好它、如何用化学的问题。

在课堂教学中，教师要确立大教育观、确立学习化学是提高修养的一个方面的观念；要充分引入社会事实资料，与衣、食、住、行等密切结合，不断深入；要思路开阔、眼界远大。

2. 解决冲突观念，形成化学的本质观念

(1)把握化学概念教学的关键点：化学概念本身是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理论知识。它反映着化学现象及事实的本质，是化学学科知识体系的基础。笔者认为，在课堂设计中，如何站在学生固有知识的层面上，认真思考学生的知识结构，找方法以实现宏观、微观、符号三重表征的形成与融合，以及想方设法地解决已有知识与实际本质知识的冲突。

(2)强化对化学物质世界的观念与认识：化学基本观念中包括原子守恒、能量守恒、电荷守恒、电子守恒等守恒观念；包括物质的变化观、组成和结构的主因观、物质性质的主导观、反应限度观、原子经济性观和持续发展观。

在课堂教学中，需拓展视野、重视联系，统筹安排及早培养，联系实际渗透观念，并适当安排一些习题强化这些观念。

三、化学学科能力生成的有效途经

1. 认知策略――创新课程设计，激发求真精神

“教”与“学”要和谐地统一起来。在讲究教的方法的同时，更多地考虑学生学的策略，注重教师与学生的认知策略的统一，不断学习并掌握学习的一般性策略，使学生自如地运用对比、演绎、假设等方式来分析问题和解决问题。

激发学生的求真精神，是学生具有可持续学习兴趣的重要动力，同时也是学生认识自然与社会的基本出发点。在理论教学上，许多问题在不经意间都能激起学生学习科学的热情，从而实现思想与学习行为上的统一。例如：(1)在完成钠与水反应的实验后，学生可能提出钠能浮在水面上不能说明钠的密度比水小；(2)教师写出一个关于水的电离方程式，学生提问，难道不能电离成氢离子和氧离子？(3)用浓硫酸与乙醇反应制乙烯的实验的同时，将气体通入溴的四氯化碳溶液，这里使溶液褪色的一定是乙烯的作用吗？也可能是SO2；(4)铜与浓硫酸反应，黑色物质、白色物质是如何形成的？(5)由学生制乙烯的实验，乙醇的沸点是78℃，为什么可以加热到170℃？

教师不能过分地强化主要现象、忽视次要现象，不能回避不安全因素和过分强调规范，要让学生体验化学，从体验中求真。

2. 动作技能――强调探究过程，增强合作能力

手动才能心动，在玩中学、做中学、思中学，尽可能地给学生提供更多的探讨问题和实践的机会以及合作学习的机会。

(1)让学生掌握一般探究思路，重视科学过程，强调科学方法。形成规律，建立模式，由普遍到特殊。

科学探究的一般过程是：问题――假设――计划――事实――检验――交流，同时需要提供一定的学习模式，建立一定的常规思维方式。

(2)让学生自由组合成实验小组合作对象，面向全体学生。如对于氯气这一堂课，易懂，学生易于自学。从制氯气的原理到性质及相关实验都可以层层推进，所以可以由学生在生生交流中得到解决。

(3)巧妙设置问题情境，引发探索热情。举例：①如何除去二氧化碳中少量的二氧化硫杂质？反过来又如何解决呢？②检验SO42-时，提供试剂：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、氯化钡溶液、硝酸钡溶液，有哪些方案？哪种方案最合理？③如何从环保的角度，设计如何用铜制硝酸铜的方案？

(4)总结实验设计技术的规律，学会举一反三。首先，理解如启普发生器的各种简易图、常见安全装置等等。其次，掌握一般的实验技术路线，以利于学生更好地解决探究过程中遇到的各种问题。

3. 开发创造思维，强化创造素质

创造性是一种再生性思维。首先，发散思维是创造力提高的重要思维方式。

高中生已具备了一定的化学能力，尽可能地放手让学生自行解决问题或自由地提出问题。如在复习铝章节时，突破原有知识网络式的总结，让学生分组讨论：写出如何制备Al(OH)3的可能方法。结果，有的小组竟然写出了12种方法。

其次，把握教学时机，使学生充分开动脑筋。提出一个问题固为重要，但教师要在引导学生提出问题的同时，还要注意引导学生掌握解决问题的方式、方法。教学中要充分把握教学时机，让学生自主学习，并通过自主学习过程，让学生在教师引导下去自主体验、探究、理解并形成观念。

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密度的测量主要是间接测量，先测定质量，后测量体积，最后利用ρ=mV进行计算.

直接测量法：利用密度计测量液体密度，医学上就常配置不同浓度的硫酸铜溶液，

根据漂浮条件，测定血液的密度.

间接测量法：间接测量法主要是体积的测量，应掌握以下特殊的测量方法.

(1)排液法：若物体漂浮于液面，可想法按入或捆绑重物；若重物吸水，可改用沙

土等固体颗粒替代水，若物体溶于水，可制成饱和溶液或换用其它液体.

(2)用刻度尺直接测量规则物体的边长，然后利用几何知识计算，此法仅限于外形

规则的物体或可用刀具等制成规则形状的物体.

二、液体对容器底部的压力

液体对容器底部的压力不一定等于容器内液体的重力，其计算方法为：

F=pS=ρghS=ρgV=mg=G

这里的 h 指液体的深度，S为容器的底面积，上式中的G不是指容器内液体的重力，

而是指相当于以容器底面积，液体深为高度的规则柱体体积内液体的重力，它是否等于

容器内液体的重力取决于该容器的形状.

如图1所示，容器底部所受压力的大小都等于阴影部分液体的重力.但所受压力的大小与容器内液体的重力的大小

如图1中所示.

三、浮力的分析归纳

1．理解阿基米德原理应注意以下几点

(1)定律中“浸入”的意思是指物体淹没在液面下的那部分物体，当物体全部在液体中时称为“浸没”；

(2)浮力大小的公式是：F浮=ρ液gV排，公式表明：浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关，与物体浸没在液体的深度、物体的密度、液体的体积均无关系.

(3)浮力的方向是竖直向上的，与重力的方向相反.

(4)阿基米德原理同样适应于物体在气体中所受的浮力.

(5)对于柱体物体，当其底部与容器底部密合时，虽物体能排开液体，但根据浮力产生的原因去分析，液体对物体的下底面没有压力，因此物体不受浮力.

2．浮力计算方法

(1)压力差法：F浮=F向上-F向下，适用于形状规则的物体.

(2)弹簧秤法：F浮=G空气-G液体，适用于质量很小的物体.

(3)平衡法：F浮=G物，适用于漂浮或悬浮的物体.

(4)公式法：F浮=ρ液gV排，普遍使用.

在解答浮力问题时，往往是某两种或某几种方法结合起来才能使问题得到解决，一

般规律是解决二力平衡、三力平衡的问题都需要阿基米德原理的支持，另外，虽然上面

的公式都是求浮力的，但并不是所有的题目都是求浮力大小的，有时需要求物体的密度、

液体的密度、物体的质量、排开液体的体积等等，都可以通过上述途径找到答案.

四、惯性问题

从2008年的中考题来看，几乎每套题都会涉及惯性或牛顿第一定律的考察，需要同学

们要牢固抓住惯性特点，准确判断，科学解答.

1．惯性是物体本身固有的性质，指物体总有保持原有运动状态不变的性质，惯性只

有大小没有方向，不能把惯性说成“惯性力”或“受惯性作用”.

2．一切物体都具有惯性，惯性大小仅与物体的质量有关，质量大的物体惯性也大.

越不容易改变物体原有的运动状态，惯性大小与物体是否受力，是否运动，运动状态如

何都无关.

解释惯性现象时，一般可依照下面几个步骤思考问题：

(1)明确研究的物体，它原来处于怎样的运动状态；

(2)明确这个物体(或物体的哪个部分)受到外力作用后运动状态发生了变化；

(3)分析被研究的物体由于惯性将怎样保持原来的运动状态.

五、平衡力的判断与应用

判断物体是否受平衡力作用时要抓住关键字，保持“静止”或“匀速”，平衡力的

合力为零，对物体的运动状态没有影响.由二力平衡的条件，可由已知力来判断另外一

个与之平衡的力的三要素.

力学中考热点题目预测练习

1．小李在某实验中的主要操作步骤及弹簧测力计的示数，如图2所示：

(1)根据图中提供的信息，石块受到的浮力F浮=N，石块排开水所受的

重力G重=N.

(2)由此得出的结论是：

(3)该石块的密度ρ石=kg／m3.

2．物理课本放在水平课桌上，关于课本所涉及到物理的知识叙述中正确的是()

(A) 因为课本是静止的，则其惯性为零

(B) 课本对课桌的压力和课桌对它的支持力是一对平衡力

(C) 课本所受的合外力为零

(D) 由于受到摩擦力，所以课本不能自动沿桌面移动

3．一个封闭容器内盛有一定的液体，液体对容器底的压强为 p1，容器

对支撑面的压强为 p3，若将此容器倒置，液体对容器底的压强为 p2，容器

对支撑面的压强为 p4，则（ ）

(A) p1>p2(B) p1

(C) p1>p4(D) p3>p4

4．将系于绳端质量相等的铁桶和实心铁球同时浸没在水中，静止在如图4所示的位置，绳子对它们的拉力F1和F2的大小关系是( )

(A) F1>F2(B) F1=F2

(C) F1

力学中考热点题目预测练习参考答案

1．(1)1．6 (2)1．6 物体在水中受的浮力等于它排开的水的重力 (3)2．5×103

篇7

【关键词】化学教学；学生；自主探究能力

“以学生为本”是新课程改革的基本思想，探究性学习是新课程实施的一个热点，自主学习是一种让学生主动参与学习的学习方式。在新课程实施过程中，学生自主探究学习能力的形成依赖于教师有意识地按照能力形成的规律，去创设适宜的教学情境，并通过一些相应的主体活动获得知识与技能。化学学科的特点是开展化学实验的探究，让学生“模拟”科学家去探索问题，学习科学研究的方法，养成良好的思维品质，培养学生的观察、思维、操作、想象能力，让学生积极主动去获取知识，激发兴趣，培养创新精神和实践能力。在初中化学教学中，如何培养学生自主探究能力呢？

一、激发学生探究热情，这是实现学生自主探究性学习的前提

布鲁纳说过：学习最好的刺激乃是对所学材料的兴趣。兴趣是最好的老师，是学习的动力。学生只有对化学学科产生浓厚的学习兴趣与强烈的探究欲望，才能主动参与，独立思考，保持不懈的探究精神与长久的探究动力，这样才能将知识不断地转化为能力，促进自身科学探究意识的增强与科学探究能力的提高。1.发挥教师的榜样作用。正所谓，“亲其师信其道”。教师自身的形象与能力是一种无形的教育资源，能对学生产生潜移默化的影响作用。初中生具有很强的亲师性，教师的言行举止都会对学生产生无形而重大的影响。为此教师要重视自身良好形象的塑造，要做内有修养，外有形象的教师，不仅要重视自身的言行举止，树立良好的外部形象，以赢得学生的好感，更为重要的是要做一个具有专业修养与高尚道德的教师。教师对化学的热爱、对教学的激情、对学生的关心这些都可以成为激发学生化学学习兴趣的重要因素，树立教师在学生心中的高大形象，从而使学生自觉地以教师为榜样，将对教师的积极情感转移到化学学习中来。

2.形成化学有用论。许多学生对化学不感兴趣的主要原因就是觉得化学没有用。为此在教学中，教师要找准化学与生活的结合点，以学生所熟悉的生活现象来引入学习，引导学生运用课堂所学知识来解决现实生活问题，让学生在学习与运用中真切地感受化学与现实生活的关系，感受生活中处处有化学，学好化学可以解释生活中的许多现象，让学生强烈地感受到化学的实用性，形成化学有用的观点，这样自然就可以激起学生强烈的探究热情。

二、对人文科学和情感态度的开发与培养

教材强调，让学生认识身边的一些常见物质的组成、性质及其在社会生产和生活中的应用，认识物质微观构成，了解化学变化的基本特征，认识物质的性质与用途的关系，了解化学与社会和技术的相互关系，能以此分析有关的简单问题，这些目标既有利于培养学生对待自然、物质和科学方面的情感、态度和价值观，又有利于学生对待社会和自身发展方面的情感、态度和价值观。在自主探究学习中，学生通过学习，注重了对本地环境污染的调查与环境保护。

三、进行广泛的自主探究拓展

组织学生开展课外自主探究学习，对于加深和扩大学生的知识面，发展他们的爱好和保护学习化学的积极性，使他们学得更好更活，提高他们的学习能力和加强思维品质修养都十分有益。开展课外自主探究学习的方式有：

1、家庭小实验。让学生按教材学习的知识，在家里用身边的材料（如茶杯、食醋、纯碱、鸡蛋壳、酒、蜡烛等）做一些小实验。通过小实验的探究，观察、解释一些简单的化学现象。如：关于铁生锈的情况调查，可从生活中常见的破损的搪瓷铁盆、在混凝土外的钢筋、敞放的涂油无锈铁钉、镀铬铁质指甲剪等几方面调查铁锈蚀的现象，说明从中得到的启示。

2、课外阅读。可以上网或到图书馆阅读化学家的故事，阅读科普读物，阅读有关现代科技成果方面的文章等等，培养学生自主探究的精神。

3课外参观、调查。结合教学内容，组织学生参观调查城镇化工厂、化肥厂、食品厂、造纸厂、自来水厂等，了解一些工业生产原理及其对环境污染的状况，提出防止污染的建议等。也可以调查日常生活中的化学事例，观察日常生活中的化学现象，进行一些简单的自主探究，予以解释。如在学完“水资源的保护”这一课题后，让学生通过调查身边的水资源污染的情况，通过从报纸、网络收集关于水资源保护的一些知识，把活动过程及改进保护水资源的建议写成小论文，然后与同学交流。另外组织部分学生开展社会小实验和社会调查，如“自来水的硬度检测”，“污染空气”与“酸雨”的关系，通过自己设计的实验计算判断儿童钙片中碳酸钙的含量标注是否属实。

篇8

关键词：工业废水；氯离子；去除；排放标准；电吸附；电渗析

随着我国经济的发展，一方面我国水资源的需求量在急剧增加，另一方面我国水污染情况又越来越严重。在这样的水环境情况下，人们对水污染处理技术的关注程度越来越高，COD、BOD、氮、磷、重金属等污染物的去除技术得到了极大的发展，而工业废水中氯离子由于其不被微生物所利用，其去除技术相对较少。我国《污水综合排放标准（GB8978-1996）》[1]中并没对氯化物排放进行限定，大量的氯化物进入环境对环境和生物造成严重的危害，因此研究氯离子的去除技术对保护环境和生物都很有意义。

1 氯离子的来源及危害

Cl-可与Na+、Ca2+、Mg2+、K+等的离子形成氯化物。地表水中氯化物的来源有自然源和人为源两类。自然源主要有两种：一是水源流过含氯化物地层，导致食盐矿床和其他含氯沉积物溶解于水；二是接近海洋的河流或江水受到潮水和海水吹来的风的影响，导致水中氯化物含量增加。人为源主要有采矿、石油化工、食品、冶金、制革（鞣革）、化学制药、造纸、纺织、油漆、颜料和机械制造等行业所排放的工业废水以及人类生活所产生的生活污水，其中工业排放是最主要来源。

工业废水中氯化物含量较高，如泡菜行业腌渍废水氯离子浓度可达1153000mg/L[2]，如不加控制直接排入水体，将严重危害水环境、破坏水平衡，影响水质，对渔业生产、农业灌溉、淡水资源造成影响，严重时甚至会污染地下水和引用水源。比如，水中氯化物含量过高时，会腐蚀金属管道和构筑物、妨碍植物生长、影响土壤铜的活性、引起土壤盐碱化（特别是四川地区）、使人类及生物中毒。当水中阳离子为镁，氯化物浓度为100mg/L时，即可使人致毒。

2 工业废水氯离子去除技术

氯离子是氯最为稳定的形态，一方面，由于微生物不能利用Cl-，所以不能通过生物法来去除Cl-，并且废水中氯离子含量会抑制微生物的生长，阻碍生物法处理废水效率，许多研究表明，当废水含盐质量分数在3%以上时，废水的生物处理效率明显下降；另一方面，因为水中氯离子会对金属产生腐蚀作用，因此废水回用时必须去除过量的氯离子，达到循环水氯化物标准。

目前专门为了去除氯离子使其达标排放而研发的技术是很少的，去除氯离子的目的大致有两种：一是为了使废水能满足后续生物处理生物活性要求；二是为了达到废水回用氯化物含量标准。氯离子去除原理主要有两种：要么被其它阴离子替代；要么同其它阳离子一起去除。根据不同性质大体归类为四种方式：沉淀盐方式、分离拦截方式、离子交换方式、氧化还原方式。

2.1 沉淀盐方式

采用Ag+或Hg+等与Cl-生成沉淀，再将沉降过滤，从而去除Cl-。沉淀盐方式主要有化学沉淀法，关于该方法研究也很多。金艳等[3]发明了处理一种氯碱行业高氯含汞废水的系统，由于废水中含氯离子浓度高达50000-60000mg/L，由于配合作用，汞主要以HgCl3+与HgCl2-的非汞离子形态存在，经过一系列处理后，出水汞浓度可达1.5ppb，Cl-也得到了一定的去除。

李文歆等[4]利用化学沉淀法做了专业特征废液中氯离子的处理的研究，氯离子去除率高达90%以上。该法具有操作简单、污染小、去除率高等特点。

化学沉淀法由于要加入沉淀试剂，如硝酸银、硝酸汞等，这些沉淀剂的价格往往较高，导致其工业成本很高，应用不广泛，基本仅限于实验室使用。如果开发价格低廉的沉淀剂，由于化学沉淀法反应过程简单、易操作，所以还是有很大的应用前景的。

2.2 分离拦截方式

主要采用蒸发浓缩、电吸附、膜过滤、溶剂萃取和复合絮凝剂絮凝等方法将Cl-分离去除。

2.2.1 蒸发浓缩法

对废水升温，由于无机盐类氯化物沸点高于水，最后被浓缩结晶；氯化氢沸点相对较低，同水蒸气等易挥发物质一同被去除。从而实现了氯离子与废水的分离。

江西理工大学材化学院科研人员[5]发明了含铵含氯废水处理并回收利用铵和氯的方法，利用该方法使得铵盐和氯不仅得到有效分离，还能回收利用。该法有效去除了有色金属冶炼过程中含铵含氯废水中氯离子，并实现了经济与环境的统一。

泡菜生产过程主要产生的废水类型有腌渍废水、脱盐废水及脱盐水、清洗水、冲洗水等，其中以腌渍废水氯离子浓度可达153000mg/L，对部分量少的废水可采用蒸发法。丁文军等[6]采用三效浓缩设备将盐渍水浓缩至饱和状态，再经结晶、离心分离等工序制得食盐并回用于泡菜腌制。

蒸发浓缩法适合于小水量高浓度的废水，其操作简单，效果明显，在泡菜等行业应用较多；但对于水量较大废水，其成本很高，相比其他处理方法不实用。

2.2.2 电吸附法

电吸附技术结合了电化学理论和吸附分离技术，通过对水溶液施加静电场作用，在电极上加上直流电压，在两电级表面形成双电层，由于双电层具有电容的特性，因而能够进行充电和放电过程，且溶液中离子不发生化学反应。在充电过程中吸附并保存溶液中离子，在放电过程中释放能量和离子，使双电层再生。其目前应用也比较多。

魏鸿礼[7]做了电吸附工艺去除再生水中氯离子的研究，结果表明，含氯离子平均为307mg/L的原水，产水平均为91mg/L，氯离子平均去除率为70.4%。

电吸附法相比电解法，由于不发生化学反应，相对成本较低，且处理效果良好，而在回用水净化中，其相对常规石灰软化法工艺去除氯离子等盐类效果更明显，所以其回用水净化中应用很广。

2.2.3 絮凝沉淀、溶剂萃取法

絮凝沉淀主要利用絮凝剂作用氯离子，将其絮凝以至沉淀去除，如复合絮凝剂；溶剂萃取是利用萃取剂将含氯离子的化合物萃取去除。

汪巍[8]发明了一种用聚合硫酸亚铁对含氯废水进行絮凝沉淀的方法，该方法可把进水为500～1000mg/L含氯废水，降低到0.4mg/L以下。雷春生等[9]发明了一种由有机酸和无机盐复配而成的复合除氯剂，实验表明，该法可去除99.9%以上的氯离子。

絮凝沉淀和溶剂萃取受试剂的影响，溶剂萃取仅适用于小水量情况，更多应用于实验室；絮凝沉淀法在其成本较低的情况下，可能可应用于较大水量氯离子的去除，但目前应用并不广泛。

2.3 离子交换方式

采用离子交换剂与氯离子进行交换替代氯离子，利用该方式的方法有离子交换树脂法、水滑石法等。值得说明的是水滑石法，由于水滑石（LDHs）的结构特点使其层间阴离子可与各种阴离子，包括无机离子、有机离子、同种离子、杂多酸离子以及配位化合物的阴离子进行交换。

胡静等[10]也研究了焙烧镁铝碳酸根水滑石（CLDH）对废水中氯离子的去除效果。实验表明，Cl-的去除率可达97%。

水滑石法目前研究较多，其对氯离子的去除效果也较好，但多停留在实验阶段，工程应用很少。离子交换树脂法用复床或混床，将氯离子去除，属传统工艺，设备投资较低，但阴离子交换树脂容易饱和，需要再生。

2.4 氧化还原方式

采用电解或电渗析、还原方式将Cl-去除。应用方法有电解、电渗析、加氧化剂等。电解是当污水通电后，电解槽的阴阳级之间产生电位差，趋使污水中阴离子向阳极移动发生氧化反应，阳离子向阴极移动发生还原反应，从而使得废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。

2.4.1 电渗析法

电渗析以离子交换膜为渗析膜，以电能为动力。电渗析过程是电解和渗析扩散过程的组合。在外加直流电场作用下，阴、阳离子分别往阳极和阴极移动，由于阳离子膜理论上只允许阳离子通过，阴离子膜只允许阴离子通过，如果膜的固定电荷与离子电荷相反，则离子可以通过，反之则被排斥。由此来实现氯离子的去除。

钱学玲等[11]采用味精废水-预处理-电渗析-厌氧-好氧工艺流程，整个工艺流程既保证了COD等的去除，又可使Cl-浓度从进水16.776g/L降至6g/L以下，从而达到了很好的综合去除效果。

电渗析法适合处理低浓度含氯废水，水耗和电耗较大，成本较高，其对小水量的处理还是比较实用的。

2.4.2 电解、氧化剂法

电解是当污水通电后，电解槽的阴阳级之间产生电位差，趋势污水中阴离子向阳极移动发生氧化反应，阳离子向阴极移动发生还原反应，从而使得废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去；氧化剂法是通过与氯离子发生氧化还原反应将氯离子去除的方法。

李长俊等[12]采用混凝絮凝-电解法联用技术，实验表明，Cl-浓度能从原水的136698.2mg/L降低到54205.5mg/L，能达到较好的去除效果。

电解法去除氯离子同样存在成本高的问题，对小水量废水应用有较好效果，相对于电渗析法其不存在膜堵塞问题，但运行费用相对较高，一般在废水预处理后采用。氧化剂法目前应用也较少。

3 结束语

氯离子的去除技术主要有物理、化学和物理化学方法，生物法不能去除氯离子。目前工业废水去除氯离子主要是为了实现后续废水生物处理和达到回用水氯化物标准，单独为了去除氯离子而实现达标排放的做法很少，这也是人们对氯离子危害不重视的一种表现。

总的来看，氯离子的去除技术多适用于小水量和中水量情况，电吸附和电渗析由于操作简单，对较大水量可能将是氯离子去除技术的趋势和热点，相信未来会出现更多更经济更环保的氯离子去除技术。

参考文献

[1]北京市环境保护科学研究院.GB8978-1996.污水综合排放标准[S].

[2]赵希锦，常明庆，王敏.四川泡菜行业高浓含盐废水资源化处理技术研究[Z].2013，4.

[3]金艳，黄义忠，翟军.一种处理氯碱行业高氯含汞废水的系统：中国，CN202099146U[P].2012.

[4]李文歆，熊祥祖，向明明.专业特征废液中氯离子的处理[J].企业技术开发（下半月），2009，28（10）：71-71.

[5]江西理工大学材化学院.有色金属冶炼废水处理有新法[Z].2009：37-37.

[6]丁文军，陈功，兰恒超，等.盐渍泡菜盐水回收技术：中国，CN10139

1844[P].2009.

[7]魏鸿礼.电吸附工艺去除再生水中氯离子的研究及实践应用[J].中国科技信息，2013（15）：33-38.

[8]汪巍.一种去除污水中氯离子的方法：中国，CN103011465A[P].2013.

[9]雷春生，雷思宇，范璐璐.一种去除高浓度含氯废水的复合除氯剂及其应用方法：中国，CN102464392A[P].2012.

[10]胡静，吕亮.镁铝水滑石去除氯离子性能研究[J].工业水处理，2008（6）：59-61.

[11]钱学玲，李道棠，朱章玉，等.电渗析法处理味精废水[J].上海交通大学学报，2000（11）：1583-1585.

篇9

关键词：虹吸式雨水系统 数值分析 影响因素

Analysis of the Tail Tube ( Pipe ) Selection of Siphon System Affecting Factors

PanHao1,HUANG Xiao-jia2,3

（College of City Construction ,University of South China ,HengYang 421001;China IPPR Engincering Corporation;Beijing 100089;College of City Construction ,University of South China, HengYang, 421001)

Abstract: Our country since nineteen eighties began to introduce the use of siphon type system, especially after entering twenty-first Century widely used in the terminal building, exhibition hall, warehouse, office buildings, stadiums and other large span and complicated structure, roof, then the majority of engineering and technical personnel gradually in-depth study, the siphon system design essential factor spread out to discuss extensively in engineering applications, many areas have a more mature theory and experienceon .

Key words:siphonic roof drainage system;influence factors ; numerical simulation

前言

虹吸式屋面雨水排水系统作为一种新兴的雨水排水技术，因其具有高效、节材等优点，迅速在航站楼、展览馆、仓库、办公大楼、体育场等大屋面大体量建筑领域取代传统重力流屋面雨水系统【1～2】。，实践证明虹吸系统相对于重力式系统具有系统泄水能力大、悬吊管敷设无需坡度节省建筑空间、管径小、流速大排水迅速等诸多优点。本文后续文中会对影响虹吸（满管流）是否快速、顺利形成的各大因素作较为详细的综述。

1.虹吸式雨水系统

1.1 虹吸式系统流态变化和最小虹吸流量

虹吸式雨水系统由虹吸式雨水斗、连接管（尾管）、悬吊管、立管和过渡段组成，降雨过程中系统并不是全部在虹吸流态（压力流）下运行，重力流与虹吸流交换运行，整个过程需经历五种流态：波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流、满管流。

降雨初期，悬吊管内雨水为非满管流，表现为波浪流和脉冲流；系统处于重力流状态，排水效率低下，斗前水深迅速增加。随着降雨量的增大，斗前水深逐步加大，水流过渡到活塞流和泡沫流，并间歇式形成虹吸作用，产生瞬间抽吸作用，排水能力突然增大，斗前水深回落，系统又回落到重力式流态；这样经过一定时间后，斗前水深趋于稳定，形成稳定的虹吸满管流，此时排水能力已趋于饱和，不再有太大变化。降雨后期，雨水量减少，虹吸系统按逆方向经历上述阶段，最终在重力流运行下排除积滞的后期雨水。

降雨过程中，连接管（尾管）首先形成满管流，迅速启动小虹吸，“填充”悬吊管；而后悬吊管会依次经历以上所述的五种流态，最终到达满管流状态；悬吊管充分形成满管流后，雨水开始从顶端向下游段“填充”立管，当立管中无掺气（实际上，水汽比大于95%时，即可近似认为系统在无掺气满管流下运行），整个系统完全启动虹吸。

虹吸系统的顺利启动依赖于尾管、悬吊管和立管满管流形成的难易程度和快慢与否，尾管相对于整个系统为小管径，较为容易形成满管（虹吸）流；立管在悬吊管充分填充（水流）后，依靠立管高差具有的势能，转变为速度水头，“顺其自然”【5】启动整个系统形成虹吸。在虹吸式系统中，为凸显其经济优越性，悬吊管一般连接数量较多的雨水斗，以节省立管数量，工程实践表明，悬吊管长度最高可达150m，因此悬吊管能否迅速而便捷的实现满管流态，关系到整个系统的安全有效运行。悬吊管的填充速度和水平取决于尾管泄流而来的雨水流量，因此尾管能否正常形成最小虹吸流量，是整个虹吸系统设计关键中的关键。

1.2 系统流态的水力学分析

关于虹吸式雨水系统的虹吸启动原理，工程技术人员意见不一，但笔者发现多数研究工作者倾向于水跃机理，本文综合水力学关于水跃基本概念，对悬吊管满管流的形成过程进行粗略的分析。

1.2.1 水跃

水跃是水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力突变现象。水流从雨水斗进入连接管（尾管）后，泄流至尾管末端向水平悬吊管转弯处时，转弯处水团遇到阻力流速急剧改变，在悬吊管首端跃起。尾管越长，即雨水斗斗前水面与悬吊管中心处的高差越大，水流利用位置水头产生的流速水头越大，当在尾管转弯处突然改变流速时，水跃越高。

1.2.2五种流态的水力学（水跃现象）分析

水跃有多种形式，图1是几种常见的水跃形式。

据此可以结合虹吸雨水系统运行过程中的五种流态，对比进行粗略分析。在初始阶段，尾管泄流量少，表现为波状水跃，相应于图1中的波浪流。随着时间的推移，尾管泄流量逐步增加，水跃深度（h）缓慢增加，水跃沿悬吊管向下游传播，可认为整个水平管段上发生连续性水跃现象。当部分水跃深度达到管径大小时，形成局部满管流。此时水跃结果会形成图1中的脉冲流和活塞流，产生瞬间虹吸现象。当泄流量进一步加大，转弯处水跃以强水跃方式存在，水深迅速增加，充满悬吊管首端，并向下游传播，同时高速水流卷携气团随之流动，这种状态相当于泡沫流，当整个长度方向上的管段都填充满时，悬吊管形成满管流。分析可知，水跃深度能否达到管顶关系到悬吊管的填充效果，而尾管处的泄流量大小、泄流方式决定着水跃的强弱，水跃强则能迅速填充并形成满管流，水跃弱则难以产生高速水流携卷气团创造虹吸条件。

2.虹吸系统运行效果的影响因素

2.1 虹吸雨水斗型号

虹吸式雨水斗相比传统重力式雨水斗，增设挡水夹板，可最大限度阻止空气进入，并对进入雨水斗的雨水起整流的作用，促进系统排水管道呈满管流状态，从而在立管与悬吊管交汇点处形成最大负压，利用抽吸作用，产生虹吸。

系统运行初期，斗前水深较浅，漩涡将空气携入雨水斗，泄流量小。此时通过雨水斗的流量可按环形堰流计算【7】：

（1-5）

式中Q――通过雨水斗泄流量（m3/s）

µ――雨水斗进水口流量系数，取0.45

D――雨水斗进水口直径，m

h――雨水斗斗前水位，m

雨水斗泄流量与斗前水深的1.5次方成正比，降雨过程中，随斗前水深增加，雨水斗泄流量迅速增加。当雨水斗进水口前水位上升到一定高度时，排水口不再有掺气现象，排水管处于满流状态。不掺气雨水斗泄流量可按式（1-6）计算：

（1-6）

式中，Qd――雨水斗出水口泄流量，m3/s

µd――雨水斗进水口流量系数，取0.95

dj――雨水斗内径

H――雨水斗前水面至雨水斗出水口处的高度，m

H1――雨水斗排水管中的负压，m

2.2 连接管（尾管）长度

1.2.1节中从水力学（水跃）的角度解释了尾管长度对虹吸泄流能力的影响，尾管长度越长，则水跃越强，虹吸越容易启动。《规程》和VDI3806都规定了连接管（尾管）长度应>1m，意在有足够的作用水头可供利用，保证下泄量持续增加，形成虹吸所需要的最小虹吸流量。若尾管长度不够，则作用水头不足以产生最小虹吸流量，不能启动系统形成虹吸，造成斗前水深持续升高，有屋面溢流风险。但考虑建筑物的有效空间，尾管长度（悬吊管安装高度）不宜布置太大，以免造成空间有效高度的浪费。

2.3 连接管（尾管）管径

实验方案措施：VDI在总结尾管管径分别为DN70、DN100、DN125条件下大量运行数据，绘制了最小流量曲线图，但并没有给出外推大管径（DN≥150）条件下最小虹吸流量的依据和方法，可能具有较大的误差。

本实验拟利用惠通实验条件，完成管径分别为DN50、DN70、DN100和DN125的最小虹吸流量实验，并对比VDI小管径下曲线，进行比对和校核。拟运用模拟实验，采取两种方案：

方案一：国内有学者【8】根据VDI提供的小管径数据，对曲线采集数据点进行了数字化拟合，获得了回归较为精确的相关函数及其系数，然后代入大管径求得相应最小虹吸流量。其优势在于曲线方程化，有利于计算机编程直接选用，降低了人工读数的误差，提高计算效率。但是，VDI曲线绘制的是离散点，该文献直接利用少数几个离散点进行函数拟合，并外推至大管径，较为欠妥，且实质上也只是对VDI数据的简单处理。

方案二：直接在小管径基础上，运用Fluent，直接进行水力学模拟计算。但从VDI的曲线趋势上可以看出，大管径条件下系统运行工况已有很大差别，此时若利用小管径条件下的设计参数，对系统进行模拟计算，可能产生一定的误差。

以上两种方案，都是在前期小管径基础上，运用流体力学计算软件，进行后期处理，推求大管径虹吸状态工况，有“半经验半理论”的特点，因为模拟实验不能考虑全部不可预见因素，对某些参数需进行理想化或假设，因此都具有一定的误差。但这两种方案，都是在VDI基础上的进一步研究，具备一定的现实意义。

2.4悬吊管长度

虹吸式雨水系统要在满管流状态下才能以压力流的形式运行，具体过程前面已有分析，这里不再赘述。尾管满管后形成小虹吸，迅速填充悬吊管，悬吊管充满前，系统整体依然处于重力流态下运行，排水能力有限。悬吊管越长，则填充时间越长，则要求屋面天空调蓄容积越大。若悬吊管太短，则不符合“虹吸系统悬吊管连接雨水斗数量不受限制，可节省立管数量”的经济性原则。所以，悬吊管的长短，会影响尾管的填充速度和效果。

3.实验设计初步思路

水力实验平台以惠通虹吸式雨水排放系统模拟为装置，以流体力学计算软件（Fluent）、高等数学、流体力学、水力学基本原理。以最小虹吸流量（即立管恰好出现满管流）作为主导评判性标准，以形成虹吸所需时间为参考性标准，重点研究尾管不同长度、管径、连接方式对系统工况下最小虹吸流量的影响效果，综合运用水力实验平台和模拟实验平台全面校核VDI3806最小虹吸流量曲线，尤其是通过实验研究获得较为精准的大管径外推值；最后，运用实验条件，展开对不同雨水斗型号和尾管运行工况的关系研究。

3.1 实验手段和方法：

水力实验平台：虹吸式雨水排水系统测试方法可分为静态试验和动态试验【4】【9】。静态试验为关闭系统上控制阀门，启动放水系统，待配水槽水位达到一定深度时（如300mm），停止进水，打开控制阀门，测试随时间变化的虹吸工况。静态试验相当于模拟虹吸系统的逆运行过程，系统将依次经历虹吸满管流、水塞流、泡沫流和脉冲流（此处会形成间歇式虹吸现象，水位急剧下降）、波浪流。静态试验可测定雨水系统在不同斗前水深下的最大排水能力。动态试验则先开启控制阀门，调节进水系统开度，模拟降雨过程，逐步增大进水量，观看系统流态变化，记录管内流量变化，测定立管刚形成满管流时的最小虹吸流量。

模拟实验平台：以流体力学和水力学相关原理为理论基础，以水力实验所测数据为实践基础，结合系统管材及部件等性能参数，运用Fluent进行水力学模拟，研究大管径（DN≥150）及小管径范围内的虚拟管径（如DN60、DN80）下尾管对系统最小虹吸流量的影响；在水力实验受限制的条件下，模拟悬吊管极限长度（如0.37m、1.65m）以及雨水斗不同型号对系统工况（最小虹吸流量）的影响。

3.2 实验进程计划

继续大量越读相关规范和文献，深化对虹吸系统原理的认识，同时深入学习Fluent，论证水力学模拟的可行性和准确性。进一步同惠通进行沟通，了解惠通已有实验条件（如雨水斗型号、尾管管径、尾管长度、尾管连接方式、悬吊管和立管型号等），设计实验平台。

3.2.1 选用静态试验方法，测试系统运行工况

（1）改变尾管长度，测定最小虹吸流量

（2）改变尾管管径，测定最小虹吸流量

（3）改变尾管连接方式，测定最小虹吸流量

（4）根据尾管管径和系统整体尺寸，选用不同型号的雨水斗，完成雨水斗对虹吸运行工况的影响测试。

3.2.2 模拟实验

（1）根据水力学原理和前期实验数据，运用Fluent对大管径进行系统计算模拟，或完善小管径范围内的最小虹吸流量关系曲线（如模拟虚拟管径条件下的最小虹吸流量，以使原来的离散点接近于连续化）。

（2）若惠通雨水斗型号有限，则可进一步运用Fluent软件对模拟雨水斗不同型号（尺寸）对系统最小虹吸流量的影响。

3.2.3 后期处理

按2.4节所述两种方案进行后期数据处理，比选两种方案下外推大管径最小虹吸流量曲线的可靠度和精确度；总结前期水力学和模拟实验成果，系统化实验数据，提出较为完整的理论成果总结。

参考文献

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[2] 庄新南. 压力流雨水排水系统在横店国际展览馆的应用．给水排水，2001,27(1)：57-59．

[3] 王新文，胡云杰．虹吸式屋面雨水排水系统利弊分析．建筑科学，2009 ,25(4)：102～104

[4] 付四立，张晓红等.虹吸式雨水排水系统试验装置的研制与实践.实验技术与管理，2010，27（2）：50~52

[5] 归谈纯.虹吸式屋面雨水排水系统热点问题探讨.中国给水排水.2006，22（4）：41~43

[6] Siphonic Roof drainage Association:2007. A guide to Siphonic Roof Drainage.

篇10

那么怎样才能最大限度地发挥实验在化学教学中的作用，使化学实验教学更切合教学改革的潮流、适应素质教育和创新教育的需求呢？我们化学教研组全体教师通过教学实践得出的共同体会就是：只有对化学实验进行不断改进和创新，化学实验才会充满生命和活力、保持其在化学教学中的独特魅力。

本文结合教学实践，谈谈在初三化学实验教学中的几点尝试。

一、注重探究性实验，培养学生创新精神

新课标下的实验教学《化学新课程标准》对化学课程在九年义务教育阶段要求做了规定，目的要让学生学习初步的化学知识和技能，并经历基本的科学探究过程，受到科学态度和科学精神的熏陶，它是以提高全体学生的科学素质，促进学生的全面发展为主要目标的自然科学基础学科。它是培养学生科学探究能力、实事求是科学态度和勇于创新精神的源动力。新课程新理念，重视知识与能力的协调发展，关注学生的全面发展，让学生亲历实验过程，不管实验成功与否，目的在于体悟探究过程，培养探究意识。而传统的教学实验，基本上是作为一种技能来传授的，学生是被动地参与，没有独立实验的要求。如果化学实验中只让实验沦为知识灌输的附庸或点缀，忽视实验中的探究功能，将严重影响学生的学习质量和积极性，针对以上情况，我们应按新课程设计理念，在实验教学中发展学生的各种能力，如在学习《二氧化碳制取的研究》时，教材首先直接给出了实验室制取二氧化碳的药品，这样学生虽然能一下子记住所用药品，但是过后接触到其他能够产生二氧化碳的药品时可能会混淆。我们对实验做了如下改进：让学生回忆能产生二氧化碳的反应，并对这些反应是否适合实验室制取进行讨论，师生共同分析确定实验室制取二氧化碳的药品：含碳酸根离子的化合物与稀盐酸或稀硫酸常温下反应；然后分组实验来探究选择实验室制取二氧化碳的理想药品，并通过比较的方式提醒学生不能用浓盐酸或硫酸来代替稀盐酸制取二氧化碳；也不能用碳酸钠、碳酸钙粉末代替石灰石、大理石。在探究过程中充分激发了学生的创造欲望，学生不是被动地接受知识而是主动地选择和获得新知识，教师只起指导、组织和协助作用，它可以真正体现学生的自主性。

再如，教材中NaOH溶于水要放热的实验，学生需用手触摸才能感知到，这给学生观察现象带来了很大的局限。笔者引导学生对它进行了改进，演示时先将试管里的水煮沸，然后移离火焰，水立即停止沸腾，迅速加入两小块NaOH固体，水又沸腾了。一个小小的改进，不仅使全班同学都能观察到明显现象，而且让他意识到了创新是多么的奇妙和必要，增强了他们的创新意识。

需要注意的是要注重起点放在学生的“最近发展区”，思维阶梯要合理，学生经过努力、讨论能够回答出，不要设计得太难，跨度太大，使学生充分地感受到解决新问题中的愉悦感和成就感，培养学生自信心，激发学生喜好，将喜好转化为持久的动力，同时教学目标是高层次的。探索性实验的设置，使学生通过设计、讨论、实验，充分发挥想象力，和实际相结合，创造性地运用已有的知识，培养创新能力。

通过探究活动，不仅体现了“教师为主导、学生为主体”的关系，而且增强了学生发现问题、解决问题的能力，训练了学生科学的思想方法，更重要的是在探索过程中培养了学生的创新精神。

二、改进实验装置，优化实验设计，培养学生的创新思维

传统实验的实验装置，是根据实验原理选择正规化仪器，按照有利于培养规范化基本操作的要求，遵循科学性、平安性、直观性、可操作性的原则，经过不断改进而形成的。但是教材中的某些实验装置，有的过于复杂、有的演示时现象不太明显、有的还会对环境造成污染。因此设计以改进原有实验装置或重新设计实验装置为探究点，可有效地培养学生分析问题和解决问题的能力。

如教材中单质碳还原氧化铜的实验，现象不明显、费时间。笔者在教学中作了如下改进：先将铜丝置于酒精灯外焰灼烧，铜丝表面氧化成黑色氧化铜，再将氧化了的铜丝插入装有木炭粉的试管中加热，一会儿后取出铜丝，可以观察到铜丝表面恢复红色，改进后现象明显，节省时间。关于氢氧化钠与二氧化碳反应的化学性质是全书的难点之一，为了使学生容易理解和掌握，可设计插入一个演示实验：用矿泉水瓶收集一瓶二氧化碳，然后倒入氢氧化钠溶液，盖上瓶盖，并摇动矿泉水瓶，这时就可以看到矿泉水瓶变瘪了，同时发出噼里啪啦的声音，现象很明显。而后用针筒吸取稀盐酸，把针头刺进矿泉水瓶，将盐酸注射进去，在噼里啪啦中，矿泉水瓶又恢复了原形。使很难理解的反应变简单了。

再如教材第124页“实验7―1”讨论燃烧的条件,直接演示时造成的浓烟较多，既危害健康，又污染空气。教师可先引导学生分析可能出现的问题，启发学生改进实验装置（如图1所示）。

图1

通过实验改进，不仅激发了学生探求科学知识的兴趣，而且在潜移默化中启迪了学生的智慧，活化了学生的创新思维。

教师对演示实验的创新，不但能使学生掌握有关化学知识，而且更能起到示范作用，充分发挥主导作用，从而培养他们不迷信课本，敢于用科学的方法进行创新的精神，激活创新意识，进而达到培养学生创造能力的目的。

三、增设家庭小实验，激发学生创新意识

新教材在实验内容的呈现形式上还安排了大量的“家庭小实验”“实验习题”。“家庭小实验”作为学生课外实验的一种形式，目的是为了培养学生持久的学习兴趣及实验方法。这类实验的趣味性比较强，内容与实际结合紧密，实验用品简单易得。教科书中以习题的形式呈现实验，目的是鼓励学生在家中独立完成实验，例如在学习完软水和硬水的知识后，可以布置学生在家里把用久的旧毛巾变软，学习完乳化和溶解之后，可以在家里用清洁灵去体会它的乳化功能，学完盐与酸的性质后，还可以在家里体会用苏打和小苏打与醋反应，去体会它们与酸的反应速率快慢，等等。这类家庭实验习题，侧重于对所学知识和技能的应用，促使学生独立思考实验的步骤、用品、操作方法等，具有一定的探究性。由于家庭小实验是在课堂之外进行的，与课堂实验相比，家庭小实验更能发挥学生在学习活动中的主观能动性，更有利于培养学生的独立思考能力，并且家庭小实验所用器材一般简便易得或者容易自制，这就大大增加了学生的观察、分析及动手操作的机会，有利于培养学生的实验能力。

四、开展微型化学实验，激发学生创新的动力

微型化学实验是近年来国际和国内化学界，在绿色化学思想下用预防化学污染的新思想对常规实验进行改革而发展起来的化学实验的新方法、新技术，是以微型的仪器，尽可能少的化学试剂(试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一)，以减少试剂在器皿上的附着量而达到准确、明显、安全、方便和防止环境污染等目的，是化学实验方法的变革。著名化学教育家戴安邦先生曾说过：“大力推行微型实验，使全国中学生的化学教学皆有学生的单人实验作业，以加强化学的素质教育作用。”

微型化学实验，试剂少，经济、环保，既有助于解决实验仪器、药品的短缺问题，又可以培养学生的创新精神和实践能力，使学生自觉养成节约意识和环保意识，从而更好地落实新课标精神。对于大多数学生来说，微型实验及仪器本身就是一种新事物，因许多的实验仪器均来自生活中的废弃品，学生能亲自动手制作，在自制化学仪器中展示了各自的才华，例如：用废弃胶囊板做点滴板；用果冻壳代替小烧杯；用青霉素瓶自制微型酒精灯；用矿泉水瓶制洗瓶等。用生活中废弃品来制备实验仪器给他们提供更多创新实验的机会，使学生在实验的过程中体会到了化学的神奇，体会到了学习的乐趣。

当然，微型化学实验也有它的不足之处。例如，较忽视基本操作的规范性，较少考虑实验中有关的安全因素等。因此，微型实验虽然具有许多优越性，但也并不是所有实验都可用之代替的。在教学中，应根据实验的内容、目的、现象和定量要求等进行选择，使常规实验和微型实验相结合，两者取长补短，这样可以达到更好的教学效果。

以上从几个方面谈了化学教学中的创新教育，这是素质教育的基本要求。陶行之先生说：“天天是创造之时，处处是创造之地，人人是创造之人。”课堂教学的每一个环节、步骤无处不蕴藏着可点燃的火种，只要我们勇做创新之人，就能用“教”的创新火种引燃“学”的创新火焰，从而在创新教育中，培养学生的创新意识，创新思维，创新能力。这是时代的要求，也是教育工作者所不可推卸的责任。

参考文献

[1] 杨剑春.南京市初中化学教学建议[Z].南京市教研室，2009

[2] 程玉珊.微型化学实验初探[J].中学化学教学参考，2008，11：32～33