CN209729263U

CN209729263U - 光合作用影响因素的探究实验专用装置

Info

Publication number: CN209729263U
Application number: CN201920163131.XU
Authority: CN
Inventors: 戴赟; 汪婷婷; 黄建书
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2029-01-30

Abstract

一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，包括上板、下板、光源以及透明注射器，所述上板通过支撑柱固定于所述下板的上方，其上具有用于自上而下插入所述透明注射器的多个插孔，所述多个插孔位于至少三个同心圈上，且每个同心圈上的插孔数量相等，所述光源与所述同心圈同心，且可拆卸固定于所述下板上，所述透明注射器与所述插孔适配。本实用新型装置经济、安全，操作便捷，并且变量控制简单。

Description

光合作用影响因素的探究实验专用装置

技术领域

本实用新型涉及教学实验装置技术领域，尤其涉及一种光合作用影响因素的探究实验专用装置。

背景技术

“探究影响光合作用的因素”是上海高中生命科学教材第1册第4章第2节中的实验，属于课标要求的唯一一个C级水平的学生探究实验。《上海市高中生命科学科学学科教学基本要求》明确提出关于本实验的具体要求有“设计”实验、“经历”实验过程等。教材提出了两个可参考的实验方案——真空渗水法和溶解氧传感器测定法。在实际的教学中，真空渗水法因设备要求低而被教师们广泛采用。其方案的主要思路是：利用透明注射器负压逐出叶肉细胞间的空气使叶圆片下沉，然后叶圆片置烧杯中进行光合作用而上浮，上浮所需时间越短则光合作用越强。但真空渗水法方案用于引导学生实验探究，尤其是设计多组实验，常常遇到实验仪器、试剂的准备工作量大，实验中操作步骤多、变量控制难、实验耗时长等问题，给教师组织实验教学和学生实验带来一定的困扰。

实用新型内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种光合作用影响因素的探究实验专用装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，包括上板、下板、光源以及透明注射器，所述上板通过支撑柱固定于所述下板的上方，其上具有用于自上而下插入所述透明注射器的多个插孔，所述多个插孔位于至少三个同心圈上，且每个同心圈上的插孔数量相等，所述光源与所述同心圈同心，且可拆卸固定于所述下板上，所述透明注射器与所述插孔适配。

每个同心圈上的插孔与其余同心圈上的插孔交错分布。

所述上板以及下板均呈圆盘状，两者在不同高度上同心布置，所述上板以及下板在边缘通过均匀分布的四个支撑柱连接，所述同心圈与上板在不同高度上同心。

所述上板以及下板的半径均为23cm，所述支撑柱的高度为25cm。

所述多个插孔位于半径为10cm、15cm以及20cm的三个同心圈上，每个同心圈上的插孔数量为6个。

所述插孔的孔径为2.25cm，所述透明注射器为筒外径为2.1cm的20mL的透明注射器。

所述上板上具有连通三个同心圈上径向相邻的三个插孔的孔槽。

所述光源为LED灯。

所述上板的顶部具有手拎把手。

所述透明注射器为塑料材质的注射器。

本实用新型装置经济、安全，操作便捷，并且变量控制简单。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型装置进行探究光照强度对光合作用的影响实验时的示意图一；

图4为本实用新型装置进行探究光照强度对光合作用的影响实验时的示意图二；

图5为本实用新型装置进行探究CO₂浓度对光合作用的影响实验时的示意图；

图6为本实用新型装置进行双因素探究实验的示意图。

具体实施方式

如图1以及图2所示，一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，包括上板110、下板120、光源130以及透明注射器140。

上板110通过支撑柱150固定于下板120的上方，其上具有用于自上而下插入透明注射器140的多个插孔111，多个插孔111位于至少三个同心圈上，且每个同心圈上的插孔111数量相等。

为了便于移动本实用新型装置，上板110的顶部具有手拎把手。

在本实施例中，上板110以及下板120均呈圆盘状，两者在不同高度上同心布置，上板110以及下板120在边缘通过均匀分布的四个支撑柱150连接，下板120的中心处设置光源固定座121，上述同心圈与上板110在不同高度上同心。

光源130与上述同心圈同心，且可拆卸固定于下板120的光源固定座121上。

在本实施例中，光源130采用LED灯，LED灯为冷光源，能更好地控制温度变量，使实验结果更有说服力，而教材中所使用的是白炽灯，其易发热而造成温度干扰，从而影响实验结果。

较佳地，每个同心圈上的插孔与其余同心圈上的插孔交错分布，这样可以避免不同插孔111上的透明注射器140互相遮挡光源130。

透明注射器140与插孔111适配。

在本实施例中，透明注射器140为塑料材质的注射器。

具体地，上板110以及下板120的半径均为23cm，支撑柱150的高度为25cm，正好能确保透明注射器140内放置叶圆片的部分与光源130处于同一水平面，且能清晰观察叶圆片上浮情况。

在本实施例中，多个插孔111位于半径为10cm、15cm以及20cm的三个同心圈(记为内圈、中圈和外圈)上，每个同心圈上的插孔111数量为6个，6个插孔111圆周阵列分布。若实验需要，每个同心圈上的插孔111数量可以增加到8个或更多个。

在教材方案中，10mL的玻璃注射器用于真空渗水法使叶圆片下沉，100mL烧杯作为光合作用使叶圆片上浮的容器。在实际的操作中，注射器内下沉的叶圆片需要倒出后再一个个夹入烧杯。若设计多组实验，这个步骤必然消耗较多时间。同时，10mL的玻璃注射器较易破碎，存在一定的安全隐患。

在本实施例中，插孔111的孔径为2.25cm，正好能轻松插入一个筒外径为2.1cm的20mL的透明注射器140，透明注射器140兼具教材中10mL的玻璃注射器和100mL烧杯的功能，即用20mL的透明注射器使叶圆片下沉后，无需更换容器，直接在该注射器内进行叶圆片光合作用上浮实验。其优势在于：①缩短实验操作时间；②相比100mL的烧杯倒30-40mL的NaHCO₃溶液，20mL的注射器只要使用15mL即可，能成倍减少试剂使用量；③利用注射器的活塞即可轻松排出原溶液并定量吸取所需要的溶液，使更换溶液轻而易举；④塑料材质的注射器不易碎，即使碎了也不易对学生造成危险；⑤相比玻璃注射器，透明注射器便宜不少，在价格上颇具优势。

经试验，注射器针筒直径太小(如10mL的注射器)，叶圆片易重叠而造成较大的实验误差；注射器太大(如50mL的注射器)，则负压抽气比较困难。故2.1cm的20mL的注射器是较佳的选择。

经分别对各同心圈位置进行光照强度和温度的测试，结果显示，由内至外各圈层光照强度递减明显，同时温度一致，本实用新型装置能较好地控制实验条件。

下面对本实用新型装置在光合作用影响因素实验中的运用进行说明。

1、探究光照强度对光合作用的影响实验

要探究光照强度对光合作用的影响，利用本装置，可以将透明注射器140置于上板110的内圈、中圈和外圈，以获得3种不同的光照强度，参见图3，其中①②③为一组透明注射器140，同时确保各透明注射器140内放置有等量相同的叶圆片和等量一定浓度的NaHCO₃溶液(或煮沸后迅速冷却的水)。同理，利用起整个上板110的插孔111，最多可以设置6组，取均值以减小误差。若需要研究更多种强度的光照，可以使用具有三个以上同心圆的上板110，或在上板110上设计连通三个同心圈上径向相邻的三个插孔的孔槽112，参见图4，即在①②③小孔间打通成孔槽，孔槽内插入连续的注射器，从而获得多个、连续的光照强度，只要确保各注射器不互相遮挡光线即可。若只需要更多种光强，增加上板110的同心圈圈数也可以。如需要探究4种光强，可以在半径8cm、12cm、16cm、20cm等处设置4个同心圈，或扩大上下板半径并在上板110的10cm、15cm、20cm、25cm等处设置4个同心圈。

2、探究CO₂浓度对光合作用的影响实验

要探究CO₂浓度对光合作用的影响，可以在透明注射器140内吸取等量不同浓度的NaHCO₃溶液，分别置于上板110的同一圈层中，确保光照强度和温度不一致带来的干扰。如图5所示，在内圈设置6个透明注射器140(①②③④⑤⑥)，每个透明注射器140中NaHCO₃溶液的浓度均不同。一般情况探究中5个浓度已足够。相比其他圈，置于内圈能相对较快地看到叶圆片上浮的现象。

3、探究光质或温度对光合作用的影响实验

要探究光质对光合作用的影响，需使用多个本实用新型装置，将多个本实用新型装置分别置于暗箱中，每个装置上分别配置不同光质的LED灯，为确保光照强度一致，每个装置上的注射器应置于相同圈层的小孔中。

同样，若探究温度对光合作用的影响，需使用多个本实用新型装置，将多个本实用新型装置分别置于不同的温度环境中，每个装置除了温度有别外，其他无关变量都保持一致，并且确保每个装置中的注射器置于相同圈层的小孔，使光照强度一致。

4、双因素探究实验

利用本实用新型装置设计双因素实验，可以同时探究光照强度、光质、CO₂浓度、温度以及叶龄等因素中的2种。以探究光照强度和CO₂浓度对光合作用的影响为例，若需要设置3种光照强度和3种CO₂浓度，可以按表1设计9个注射器，分别置于如图6所示的①-⑨小孔中。若设置6个梯度浓度的NaHCO₃溶液，则需要使用起整个上板110的18个插孔。

表1

本实用新型装置更为经济、安全，操作便捷，并且变量控制简单。实验中无需准备数量众多的烧杯，试剂量也减少，能大大减轻实验员在实验前后准备和整理的负担。

教师可以轻松换用不同瓦数的LED灯或增减NaHCO₃溶液的浓度等方法在一定程度上调控学生完成实验的时间，通常20mL的注射器抽4下可以使4个直径为5mm左右的叶圆片下沉，叶圆片上浮的时间则基本可以控制在10-20分钟之内，为教师组织各种讨论匀出了宝贵的时间。因此，教师通常还有一定的课堂时间用于组织学生讨论实验中各种误差的控制，如注射器上标签纸的粘贴位置、叶圆片是否重叠、注射器带刻度一侧是否遮挡光线等等。

学生则可轻松地借助本装置单独或合作设计和展示多种单因素和双因素的实验探究方案，能通过亲自动手实施设计的实验方案，并利用实验所得数据分析得出结论。学生经历这一完整的探究过程，能有效增强科学探究能力和科学思维能力，由此获得的成功体验将提高学生对生命科学学科的学习兴趣。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims

1.一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，包括上板、下板、光源以及透明注射器，所述上板通过支撑柱固定于所述下板的上方，其上具有用于自上而下插入所述透明注射器的多个插孔，所述多个插孔位于至少三个同心圈上，且每个同心圈上的插孔数量相等，所述光源与所述同心圈同心，且可拆卸固定于所述下板上，所述透明注射器与所述插孔适配。

2.根据权利要求1所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，每个同心圈上的插孔与其余同心圈上的插孔交错分布。

3.根据权利要求2所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述上板以及下板均呈圆盘状，两者在不同高度上同心布置，所述上板以及下板在边缘通过均匀分布的四个支撑柱连接，所述同心圈与上板在不同高度上同心。

4.根据权利要求3所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述上板以及下板的半径均为23cm，所述支撑柱的高度为25cm。

5.根据权利要求3或4所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述多个插孔位于半径为10cm、15cm以及20cm的三个同心圈上，每个同心圈上的插孔数量为6个。

6.根据权利要求5所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述插孔的孔径为2.25cm，所述透明注射器为筒外径为2.1cm的20mL的透明注射器。

7.根据权利要求6所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述上板上具有连通三个同心圈上径向相邻的三个插孔的孔槽。

8.根据权利要求7所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述光源为LED灯。

9.根据权利要求8所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述上板的顶部具有手拎把手。

10.根据权利要求9所述的一种光合作用影响因素的探究实验专用装置，其特征在于，所述透明注射器为塑料材质的注射器。