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二氧化碳温室气体验证实验装置(科创项目式学习方案) 中等

头像 qyj133 2024.07.02 51 0

学生:张花瑞、强奕晨

老师:王艳梅

技术支持:白银蚁创空间

 

二氧化碳是主要的温室气体之一,对地球的气候变化起着重要作用。然而,由于人类活动的增加,导致二氧化碳排放量不断增加,进而引起全球气温上升和气候变化的加剧。为了应对气候变化,国际社会提出了碳中和目标,即将二氧化碳的排放量减至零或将其排放量与吸收量保持平衡。我们怎么样才能认识到二氧化碳是一种温室气体呢?于是我和我的伙伴想基于Micro.bit做一款验证二氧化碳是温室气体的装置的想法。该想法与现有实验方法相比,由于采用无线方式,采集端在室外,接收端在室内,所以避免了实验者要长时间在太阳下记录数据的烦恼,同时由于数据还可以实时以曲线形式显示在电脑上,让该实验更加直观有趣。

步骤1 项目简介

二氧化碳温室气体验证实验装置项目旨在通过建立一个实验装置,验证二氧化碳对地球温室效应的贡献。随着工业化进程的加速,大量的温室气体排放导致地球气候变暖,给人类社会和生态环境带来了巨大的挑战。

该项目的主要目标是通过实验和数据分析,深入了解二氧化碳在大气中的行为和影响,以验证其对地球温室效应的作用。具体来说,项目将建立一个模拟大气环境的实验室装置,通过控制二氧化碳浓度和其他环境参数,模拟不同情景下的温室效应。

在实验装置中,将使用高精度的气体测量仪器来监测和记录二氧化碳浓度的变化,并通过热辐射测量仪器来评估温室效应的强度。同时,还将收集和分析其他相关数据,如温度、湿度等,以了解二氧化碳对气候变化的具体影响。

通过该实验装置的建立和实验数据的分析,我们将能够更准确地评估二氧化碳对地球温室效应的贡献,并为制定应对气候变化的政策和措施提供科学依据。此外,该项目还有助于提高公众对气候变化问题的认识和理解,促进环境保护和可持续发展的意识。

步骤2 项目导引

1. 项目背景

该项目是为了研究和验证二氧化碳的温室效应。通过改进温室效应的实验装置,可以模拟地球大气中的二氧化碳浓度,并观察其对温度的影响。这样可以更好地了解二氧化碳的温室效应机制,并为进一步研究气候变化提供实验依据。

2. 项目目标

这个项目的目的是更好地理解二氧化碳的温室效应,并为应对气候变化提供科学依据。通过验证实验装置,可以探究不同浓度的二氧化碳对温度的影响,进而预测未来气候变化的趋势。同时,该项目也可以用于教育和宣传,加深公众对气候变化问题的认识和关注。

步骤3 项目规划

本项目的最终目标是通过设计制作的实验装置获得实验数据和曲线,使大家能够清晰直观地了解到,二氧化碳气体能够让空气温度快速上升,从而让大家深刻地认识到二氧化碳的温室效应,是明确的解决问题,达成目标类的项目。项目思路如下:

提出问题、分析问题       

本项目从碳中和目标出发,目的是更好地理解二氧化碳的温室效应,并为应对气候变化提供科学依据。学生分析现有实验装置的不足之处,避免实验者要长时间在太阳下记录数据的烦恼,结合自己所学知识,采用无线方式,改进验证实验装置,让该实验更加直观有趣。

因此,本项目的任务拆解如下:

任务1:发现问题

任务2:分析问题

任务3:制定方案

任务4:

设计思路:使用两块Micro.bit主控,一块主控负责在室外阳光下采集两个瓶子中气体温度数据集(一个瓶子是普通空气,一个瓶子是二氧化碳气体),并通过无线方式,将采集到的数据按照一定频率发送至室内的接收端。接收端在收到温度数据后可以实时显示在显示屏上,同时还可以通过语言播报模块实时播报。接收端还可以连接电脑,让接收端的数据以曲线的方式显示在电脑屏幕上,让大家更加直观地看到室外两个瓶子内气体温度的变化曲线。通过实验数据和曲线,我们能够清晰直观地了解到,二氧化碳气体能够让空气温度快速上升,从而让大家深刻地认识到二氧化碳的温室效应。

步骤4 创设情景

1. 阅读新闻,发现问题


加拿大林火持续蔓延 气象专家担忧温室效应下林火将更加频繁https://world.qianlong.com/2023/0715/8071944.shtml

温室效应导致南极“凶兽”泛滥成灾,南极已经出现了不该出现的东西https://www.163.com/dy/article/I96B2K2T0552RMBO.html

滚烫之夏来袭 高温行情发动

https://new.qq.com/rain/a/20230705A01EDO00.html

阅读三则新闻说说你有什么发现?

温室效应加剧,全球气候变化,那什么是温室效应呢?查阅资料了解温室效应,并完成下表。

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温室效应的成因温室效应的具体表现请注明出处                

2. 科学实验,发现问题

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观察实验,思考实验存在什么缺点。

3.分析问题

分析实验的不足之处,找到可改进的地方。

步骤5 方案设计

1.头脑风暴:如何改进实验装置,学生通过头脑风暴,运用所学的知识,解决实验中存在的问题,从而达到改进实验装置、提升实验效果的目的。

2.方案设计

预设:可以采用无线方式获取数据,也可让数据更加直观地显示。

⑴画出简单的设计图纸,列出材料清单。

⑵ 小组讨论方案的可行性,并进行改进。

3.任务分工

以文本或表格的形式对各项任务进行分工,以达到事半功倍的效果。

步骤6 搭建装置

1. 绘制电路图

可用铅笔、彩色笔等绘制出电路图(也可在WPS的PPT中画线连接,保存为图片,简单易操作且更加精美)

示例:

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发送端:温湿度传感器A连接P5,B连接P13。接收端:OLED显示屏和语音播报均使用IIC接口,连接SDA和SCL。发送和接收使用无线通信收发数据,接收端还可以通过数据线与电脑连接,实现电脑显示温度曲线。

2、实物链接

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根据原理图,将两个温湿度传感器与发送端Micro.bit的扩展版连接,将OLED显示屏和语音播报模块与接收端Micro.bit的扩展版连接。

步骤7 编写程序

1.编写程序

2.优化程序

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步骤8 制作外观

1.外观制作

寻找大小合适的纸壳,用尺子、铅笔标注需要加工制作部分,运用美工刀和剪刀剪切出开口,安装并固定。

外观示例:

2.外观优化

纸壳制作外观虽然简便,但是不够美观,也不够牢固,你还有其他办法吗?

预设1:使用123Design给发送和接收端设计一个保护外壳,使该实验装置更加美观,使用更加方便。

预设2:使用LaserMaker给发送和接收端设计一个保护外壳,使该实验装置更加美观,使用更加方便(激光切割的速度更快)。

软件下载及课程学习:https://www.lasermaker.com.cn/

步骤9 验证实验

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二氧化碳制取:使用小苏打和柠檬酸反应生成二氧化碳,用向上排气法收集二氧化碳。

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将装有空气的A瓶和装有二氧化碳的B瓶放置于室外阳光下,开启电源,按压Micro.bit的A键开启无线广播功能,每间隔一定时间向接收端发送数据。

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接收端接收到数据显示在屏幕上,当按压Micro.bit的A键时也可以将两个瓶子的温度播报出来。

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当接收端连接电脑后,在电脑上还可以看到A、B瓶的温度变化曲线。

步骤10 展示成品外观及功能介绍

外观:

图片14.png

功能介绍:该作品发送端在室外采集两个瓶子(A装空气、B装二氧化碳)的温度,并每间隔一定时间向接收端发送温度数据。将接收端放置于室内,当接收到室外发送来的温度后,接收端对数据继续分析处理,并显示在接收端显示屏上,同时,如果有电脑的话,还可以连接电脑,让变化的温度数据以曲线的形式显示在电脑屏幕上。这样一来,实验者可以舒适地使用接收端记录和查看温度变化曲线。通过接收到的A、B瓶温度和形成的数据曲线,我们可以清晰地看到,二氧化碳瓶子的温度上升速度明显快于空气瓶子的温度上升速度,从而可以说明,二氧化碳是一种温室气体。

操作说明:(1)发送端:插入电源,按压A键开启无线广播功能,开始将采集到的两组温度数值发送出去;(2)接收端:当接收到发送端的数据后直接显示在液晶显示屏上,按压A键,可以对连个瓶子的温度进行语音播报,按压B键,可以调整室外发送端温度发送频率(默认值是每间隔5秒发送一起,可以根据实际天气情况,按压B键可以将发送频率调整为10秒、20秒、30秒和60秒);(3)电脑端:如果要在电脑端查看两组温度曲线,需要使用USB数据线,将接收端与电脑连接,使用Mind+软件打开接收端程序,在上传模式中连接Micro.bit,然后点击舞台区域“初始化”按钮,这样就可以在电脑屏幕上实时查看两个瓶子的温度和温度变化曲线。

材料清单

  • micro.bit X2
  • DHT-11温湿度传感器 X2 链接
  • 语音合成模块 X1 链接
  • OLED显示屏 X1 链接
  • 锂电池 X2

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