视频标签:光合作用的因素
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视频课题:高中生物说课视频_探究影响光合作用的因素_汪婷婷
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探究影响光合作用的因素
上海市闵行第三中学 汪婷婷
一、使用教材
“探究影响光合作用的因素”是上海科学技术出版社《生命科学》高中第一册第4章“生命的物质变化和能量转换”中第2节“光合作用”中的探究实验。
二、实验器材
结香叶片,自制实验架(含LED灯),煮沸后急速冷却的水和用其配制的0.2%NaHCO3、0.4%NaHCO3、0.6%NaHCO3、0.8%NaHCO3、1.0%NaHCO3溶液,清水,烧杯,注射器(20mL/内径21mm),计时器,内径为4mm的钻孔器,镊子,培养皿,记号笔,圆形标签纸等。
三、实验创新要求/改进要点
(一)实验材料
课前选取校园内多种植物叶片,比较用“真空渗水法”使叶圆片下沉的难易程度,发现结香叶圆片最易下沉。同时,结香植株叶片数量多、叶面积大,是最佳的实验材料。
图1 校园内多种植物叶片 图2 校园内的结香植株
(二)NaHCO3溶液浓度改进
通常使用0%NaHCO3、0.5%NaHCO3、1%NaHCO3、2%NaHCO3、4%NaHCO3来探究CO2浓度对光合作用的影响,但发现结香叶片的实验结果如图3所示。为了更好地反映“在一定范围内光合作用强度随CO2浓度升高而增加”,我们实验研究后发现0%NaHCO3、0.2%NaHCO3、0.4%NaHCO3、0.6%NaHCO3、0.8%NaHCO3、1.0%NaHCO3更为适合。
图3 结香叶片NaHCO3浓度与叶圆片上浮时间的关系
(三)实验装置创新
1. 实验装置简介
(1)灯源——LED灯
通常用白炽灯(图4)作为光源,易发热而造成温度干扰。我们使用的冷光源LED灯(图5),能更好地控制温度变量,使实验结果更有说服力。
图4 白炽灯 图5 LED灯
(2)容器的归并——注射器
通常10mL玻璃注射器用于“真空渗水法”方案使叶圆片下沉,100mL烧杯作为叶圆片光合作用上浮的容器(图6)。在实际操作中,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,这个步骤必然耗时较多。同时,负压抽气时10mL玻璃注射器较易破碎,存在一定的安全隐患。
我们的实验装置设计使用20mL塑料注射器,兼具10mL玻璃注射器和100mL烧杯的功能(图7)。即用20mL塑料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。其优势有:
①简化操作步骤,缩短实验时间;
②成倍减少试剂使用量:相比100mL的烧杯倒入30~40mL的NaHCO3溶液,20mL注射器只要使用15mL即可;
③轻松定量更换溶液:利用注射器的活塞即可轻松排出原溶液并快速定量吸取所需溶液;
④安全性更强:相比玻璃注射器,塑料注射器不易碎;
⑤成本更低:塑料注射器比玻璃注射器的价格低不少。
图6 10mL玻璃注射器内叶圆片下沉 图7 20mL塑料注射器内
100mL烧杯内叶圆片上浮 叶圆片下沉及上浮
(3)自制实验架
我们设计的自制实验架,既考虑注射器和光源的放置,又考虑能较好地控制温度、光照等实验条件,主要结构包括上圆盘、下圆盘和支撑柱三部分(图8)。下圆盘半径23cm,圆心处设计了LED灯的灯座,可根据需要更换灯源。3根支撑柱高25cm,正好能确保注射器内放置叶圆片的部分与光源处于同一水平面,且能清晰观察叶圆片上浮情况(图9)。上圆盘半径与下圆盘等同,并在其半径10cm、15cm、20cm的三个同心圆(分别记作内圈、中圈和外圈)上设置3圈放置注射器的小孔,每圈6个共18个。小孔孔径2.25cm,正好插入一个20mL注射器。每圈小孔均匀分布,各圈小孔呈镶嵌状排列不互相遮挡从圆心发出的光(图10)。
(1)侧面图 (2)俯视图(示上圆盘)
图8 实验架实物图
图9 实验架平视结构图 图10 实验架小孔设计图
2. 实验装置在探究光合作用影响因素实验中的运用
(1)单因素实验
利用本实验装置可探究多种单因素实验,如光照强度(图11)、CO2浓度(图12)、光质、温度等因素对光合作用的影响。
图11 光照强度对光合作用影响的探究实验分组设计图和实物图
将注射器置于上圆盘的内圈、中圈和外圈以获得3种不同的光照强度,如图11左图中①⑦⑬小孔处相互对照,同时确保各注射器内放置有等量相同的叶圆片和等量相同浓度的NaHCO3溶液(或煮沸后迅速冷却的水)。利用起整个圆盘的小孔,最多可以设置6个重复,取均值以减小误差。
图12 CO2浓度对光合作用影响的探究实验分组设计图和实物图
在注射器内吸取等量不同浓度的NaHCO3溶液,分别置于上圆盘的同一圈层中,确保各组间光照强度和温度一致。本装置最多可进行6个浓度梯度的NaHCO3溶液探究。
(2)双因素实验
利用本实验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浓度对光合作用的综合影响为例,若需要设置3种光照强度和3种CO2浓度,可以按下表1设计9个注射器,分别置于如图13所示的上圆盘①~③、⑦~⑨、⑬~⑮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圆盘的18个小孔。
表1 探究光照强度和CO2浓度对光合作用综合影响的探究实验分组设计表
光照强 度1(内圈) |
光照强 度2(中圈) |
光照强 度3(外圈) |
|
浓度1的NaHCO3溶液 | ① | ⑦ | ⑬ |
浓度2的NaHCO3溶液 | ② | ⑧ | ⑭ |
浓度3的NaHCO3溶液 | ③ | ⑨ | ⑮ |
…… | …… | …… | …… |
杯 号 |
条件 | 不同时间(min)叶圆片上浮数 | 叶圆片平均上浮时间(min) | |||||
温度 | 光照 | NaHCO3溶液 | 5 | 10 | 15 | 20 | ||
a | b | c | d | |||||
注射器号 | 条件 | 结香叶圆片上浮时间(秒) | |||||
室温 | 光照强度 | NaHCO3浓度 | 叶圆片1 | 叶圆片2 | 叶圆片3 | 平均值 | |
e | f | g | |||||
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