“模拟膈肌的运动”演示实验装置的改进

“模拟膈肌的运动”演示实验装置的改进作者：暂无

来源：《发明与创新·中学生》 2019年第5期

在人教版《生物》教材中设计有“模拟膈肌的运动”演示实验,该实验主要是为了说明膈肌收缩和舒张时肺的体积变化,装置如图1所示。该装置通过将橡皮膜平铺、捆紧于广口瓶(无底)的底端使瓶内密闭,存在以下不足。

1.膈肌(橡皮膜)在人体自然状态时(舒张时)应呈向胸腔突起的穹隆状,而此装置在自然状态下呈水平状。

2.用手推橡皮膜和让其自动复原的过程中,学生会将橡皮膜自动复原误认为是膈肌的舒张过程,将用手推橡皮膜误认为是膈肌的收缩过程,这恰好与膈肌的运动相反。

3.在自然状态下,瓶内气压等于外界环境气压,此时气球在瓶内是瘪的,当用手推橡皮膜时,瓶内气压增大,必定会挤压气球,但由于气球本来就是瘪的,所以缩小幅度小。相反,当橡皮膜复原时,气球膨大幅度也小,演示效果不佳。

如何解决这些问题?笔者结合实验原理,联系实际情况,设计制作了如图2的装置,在演示教学过程中起到了良好的效果。

一、制作过程

1.实验材料

广口瓶(无底),三通管,橡皮条,小气球(两个),橡皮膜,细线若干。

2.方法步骤

(1)在三通管下面的两个管口上连接两个小气球,并将橡皮条捆扎在三通管的交叉处支管上,橡皮条的另一端穿过橡皮膜的孔,在橡皮条的适当位置把橡皮膜孔捆扎好。

(2)将有孔橡皮塞塞进瓶口,将三通管从瓶底插入橡皮塞内。

(3)把橡皮膜捆扎于广口瓶的底端,从而使广口瓶密闭。

二、优点

1.装置形象

学生看到此实验装置时,很快就能知道各器具所代表的器官,更重要的是知道膈肌在体内所处位置及形态特点。

2.操作简便

在讲解呼吸运动的过程中,只需向下拉橡皮条(如图4左),便能形象地展示吸气的过程:膈肌收缩,胸腔增大,内部气压降低,外部气压大于胸腔气压,气球变大,代表肺吸气增大。松开橡皮条时(如图4右)则体现了呼气过程:膈肌舒张,胸腔缩小,内部气压升高,外部气压小于胸腔气压,气球变小,代表肺呼气缩小。

3.现象明显

使用改进后的装置演示膈肌运动实验时,由于肺(气球)的膨大、缩小幅度比改进前明显增大,所以更利于学生观察。