利用光敏传感器进行荧光棒实验的设计利用光敏传感器进行荧光棒实验的设计张善培、廖梁张善培、廖梁香港中文大学教育学院香港中文大学教育学院贵阳论坛1 信息技术信息技术 (Information Technology)数据收集仪器数据收集仪器 (data loggers)数据收集軟件数据收集軟件 (data-logging software)化學實驗化學實驗Data-logging chemistry laboratory work2 数据收集仪器数据收集仪器 ( 荧光棒是展示化学能转化为光能的一个极佳例子不需要加热而发光的化学反应叫化学发光反应化学发光反应(chemiluminescent reaction)4 你能设计一个实验，测试以下两个假设吗？你能设计一个实验，测试以下两个假设吗？ 假设假设1：随着时间，荧光棒里的发光反应越来越慢随着时间，荧光棒里的发光反应越来越慢假设假设2：荧光棒里的发光反应速率随着温度每上升十：荧光棒里的发光反应速率随着温度每上升十度，将增加两倍度，将增加两倍引导式探究引导式探究 (Guided Inquiry)5 6 光强度与时间的关系光强度与时间的关系 如何测量荧光棒的反应速率如何测量荧光棒的反应速率(reaction rate)？？反应速率反应速率 = 曲线斜率曲线斜率(gradient)?7 许多学生通过检验曲线斜率许多学生通过检验曲线斜率(gradient)的变化来的变化来验证第一个假设。
其实，斜率不能测量反应速验证第一个假设其实，斜率不能测量反应速率，因为光敏传感器通常用单位率，因为光敏传感器通常用单位 lux( (勒克司勒克司) )来来测量光的强度，而测量光的强度，而 lux是是1 lumen/m2，，lumen( (流流明明) )是用来测量电磁能流率的单位因此，是用来测量电磁能流率的单位因此，lux是代表每秒落到某表面的光能量是代表每秒落到某表面的光能量学生的困难与迷思学生的困难与迷思反应速率反应速率 ∝∝光强度光强度 8 如何验证第二个假设？如何验证第二个假设？假设假设2：荧光棒里的发光反应速率随着温：荧光棒里的发光反应速率随着温度每上升十度，将增加两倍度每上升十度，将增加两倍有些学生的错误概念是有些学生的错误概念是他们可以通过不同温度他们可以通过不同温度下反应的光强度减少到下反应的光强度减少到一定值所需的时间来比一定值所需的时间来比较不同的反应速率他较不同的反应速率他们不知道反应物的浓度们不知道反应物的浓度也会随着时间而变化，也会随着时间而变化，因而并不是一个公平测因而并不是一个公平测试试(fair test) 9 学生要探究温度对发光反应速率的影响，必须保学生要探究温度对发光反应速率的影响，必须保持影响速率的其它条件均不变，他们需要在反应持影响速率的其它条件均不变，他们需要在反应物的浓度发生显物的浓度发生显著著变化之前测定反应速率。
变化之前测定反应速率反应起始速率反应起始速率(initial rate)是由反应刚开始的瞬间是由反应刚开始的瞬间速率决定的，但许多学生检验第二个假设时，没速率决定的，但许多学生检验第二个假设时，没有注意应该避免反应物浓度对光强度变化的影响有注意应该避免反应物浓度对光强度变化的影响在进行不同温度的实验中，反应物的浓度要保持在进行不同温度的实验中，反应物的浓度要保持一致，这样学生可以比较不同温度下的光强度变一致，这样学生可以比较不同温度下的光强度变化 学生的困难与迷思学生的困难与迷思10 50 oC60 oC温度越高，反应速率越快，光越强温度越高，反应速率越快，光越强11 •不确定每支荧光棒是否装的是相同浓度的不确定每支荧光棒是否装的是相同浓度的反应物•没有测量真正的起始光强度没有测量真正的起始光强度•实验过程中难以保证恒温实验过程中难以保证恒温•不确定摇晃荧光棒的强度是否一致不确定摇晃荧光棒的强度是否一致•只收集和分析了两个温度（只收集和分析了两个温度（50℃和和60℃））的数据如果在低于的数据如果在低于50℃的温度下测定，的温度下测定，第二个假设结果可能不同第二个假设结果可能不同可能的错误原因可能的错误原因 12 。