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試驗現(xiàn)象及試件破壞形態(tài)分析
1直接拔出試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)
加載初期,鋼筋應變和加載端鋼筋滑移量均勻增長,自由端無滑移。荷載繼續(xù)增加,裂縫在加載端出現(xiàn)且迅速向自由端擴展,自由端鋼筋開始產生滑移,但其滑移增長速度比加載端慢,鋼筋應變快速增大。當接近破壞荷載時,加載端和自由端鋼筋滑移增長速度均較大;鋼筋應變急速增大,甚至加載端鋼筋應變超出測試范圍。試件最終發(fā)生兩種黏結破壞形式(圖5):1)試件C的黏結破壞形式為鋼筋拔出破壞(破壞時荷載開始緩慢減小,自由端和加載端滑移量急速增長);2)其余試件黏結破壞形式為混凝土劈裂破壞(破壞時混凝土出現(xiàn)裂縫且裂縫迅速發(fā)展,荷載急劇減小,混凝土喪失對鋼筋的環(huán)向約束作用)。
2梁式試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)
加載初期,跨中撓度隨荷載增加而緩慢增大,加載端鋼筋出現(xiàn)滑移而自由端鋼筋無滑移。荷載增加至(0.2~0.3)Pu(Pu為破壞荷載)時,梁底面開始出現(xiàn)微小的橫向裂縫,逐漸從底面向上發(fā)展,梁底面出現(xiàn)少量的混凝土剝落。荷載增加至(0.4~0.5)Pu時,自由端鋼筋開始出現(xiàn)滑移,梁底中部出現(xiàn)1條較為明顯的縱向裂縫。隨著荷載增大,縱向裂縫開始分叉并與橫向裂縫貫通。當荷載達到Pu時,底面縱向裂縫急劇增寬,周圍出現(xiàn)大量的分支裂縫,加載端在測試筋上表面,從試件剝落出一個扇面形混凝土凹坑。各試件的破壞形態(tài)基本類似,圖6給出了各試件的黏結破壞形態(tài)。
試驗結果及分析
1直接拔出試件試驗結果
1)平均黏結應力-滑移曲線
圖7給出了直接拔出試件平均黏結應力-滑移曲線。其中,平均黏結應力σ可用式(1)求得。從圖7中可以看出:1)各試件平均黏結應力σ-滑移s曲線形狀相似。加載初期,加載端鋼筋滑移量不斷增加而自由端鋼筋沒有產生滑移;荷載繼續(xù)增加,自由端鋼筋開始滑移,但自由端鋼筋滑移增長速度慢于加載端鋼筋滑移;達到破壞荷載時,加載端和自由端鋼筋滑移值均急劇增大。2)對比圖7a~7d可知,粉煤灰摻量越大,相同平均黏結應力下產生的加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當平均黏結應力為5MPa時,粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%直接拔出試件加載端鋼筋滑移量分別為0.84mm、0.78mm、0.69mm、0.50mm,而自由端鋼筋滑移量分別為0.17mm、0.14mm、0.13mm、0.11mm。因此適量加入粉煤灰有利于混凝土的黏結性能。3)對比圖7c、7e和7f可知,混凝土強度越高,自由端鋼筋開始滑移時的荷載越大,相同平均黏結應力下加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當平均黏結應力分別為5MPa、1MPa、7MPa時,混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的自由端鋼筋開始滑移。當平均黏結應力為5MPa時,混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.58mm、0.51mm,而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm、0.10mm。4)對比圖7c、7g可知,與鋼筋直徑為16mm的試件A2-16Ⅱ相比,鋼筋直徑為25mm的試件A2-25的加載端和自由端鋼筋滑移增長更快,破壞時加載端和自由端鋼筋滑移量更小。5)對比圖7c、7h可知,與配置HRB335級鋼筋的試件A2-16Ⅱ相比,配置HRB400級鋼筋的試件A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移時的荷載更大,相同平均黏結應力下加載端和自由端鋼筋滑移更小。當平均黏結應力分別為5MPa、9MPa時,試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移;當平均黏結應力為5MPa時,試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.43mm,而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm。由此可見,HRB400級鋼的黏結性能優(yōu)于HRB335級鋼。
2)鋼筋應變隨黏結長度的分布
圖8給出了試件在不同鋼筋應力下的鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線。其中,鋼筋應力σs可按式(2)計算。從圖8可以看出:1)各試件鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線形狀相似。隨著荷載增大,黏結區(qū)各測點鋼筋應變均相應增大;加載端的鋼筋應變增大速度較快,而自由端鋼筋應變變化不大。2)對比圖8a~8d可知,隨著粉煤灰摻量的增加,相同鋼筋應力下加載端鋼筋應變值減小。當鋼筋應力約為100MPa時,粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件加載端鋼筋應變值分別為1620×10-6(σs=104.2MPa)、1410×10-6(σs=100.9MPa)、1380×10-6(σs=101.2MPa)、1370×10-6(σs=98.5MPa)。摻20%粉煤灰的混凝土鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線更均勻平滑,近似線性關系。3)對比圖8c、8e和圖8f可知,隨著混凝土強度的增大,鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線由直線向凸向曲線轉變,相同鋼筋應力下加載端鋼筋應變值增大。當鋼筋應力約為100MPa時,混凝土強度C30、C40、C50試件加載端鋼筋應變值為1380×10-6(σs=101.2MPa)、1490×10-6(σs=105MPa)、1510×10-6(σs=105MPa)。4)對比圖8c、8g可知,與鋼筋直徑16mm的試件A2-16Ⅱ相比,相同鋼筋應力下鋼筋直徑為25mm的試件A2-25加載端鋼筋應變更小。當鋼筋應力約為45MPa時,試件A2-16Ⅱ、A2-25加載端鋼筋應變分別為750×10-6(σs=44.4MPa)、736×10-6(σs=44.9MPa)。5)對比圖8c、8h可知,配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線接近直線,而配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ鋼筋應變分布曲線呈現(xiàn)凸向。與試件A2-16Ⅱ相比,相同鋼筋應力下試件A2-16Ⅲ加載端和自由端鋼筋應變更小;試件A2-16Ⅲ的鋼筋應變分布曲線在測點1~4黏結區(qū)間內增長較大,其余黏結長度內應變增長較小,可見HRB400級鋼筋所需的黏結長度小于HRB335級筋鋼。
3)黏結應力隨黏結長度的分布
根據圖8鋼筋應變沿黏結長度的分布情況,參考文獻[6]黏結應力計算方法,可求出直接拔出試件不同平均黏結應力下黏結應力σ沿黏結長度的分布曲線,結果見圖9。從圖9可以看出:各試件黏結應力沿黏結長度的分布曲線形狀相似,均呈單峰形。隨著荷載增大,黏結區(qū)各測點黏結應力均有增長,黏結區(qū)中部應力增長最快。2)對比圖9a~9d可知,隨著粉煤灰摻量的增加,相同平均黏結應力下黏結應力峰值減小。當平均黏結應力約為5.0MPa時,粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件黏結應力峰值為25.1MPa(σ=4.8MPa)、19.2MPa(σ=5.1MPa)、18.7MPa(σ=5.1MPa)、16.4MPa(σ=4.8MPa)。3)對比圖9c、9e和9f可知,隨著混凝土強度的增大,相同平均黏結應力下黏結應力峰值增大。當平均黏結應力約為4.0MPa時,混凝土強度C30、C40、C50試件黏結應力峰值分別為12MPa(σ=9MPa)、15.1MPa(σ=9MPa)、15.3MPa(σ=4.0MPa)。4)對比圖9c、9g可知,與鋼筋直徑16mm的拉拔試件A2-16Ⅱ相比,相同平均黏結應力下鋼筋直徑為25mm的拉拔試件A2-25的黏結應力峰值更大。當平均黏結應力約為0MPa時,試件A2-16Ⅱ、A2-25黏結應力峰值分別為10.2MPa(σ=0MPa)、12MPa(σ=1MPa)。5)對比圖9c、9h可知,與配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ相比,相同平均黏結應力下配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ黏結應力峰值更大。當平均黏結應力約為0MPa時,試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ黏結應力峰值為10.2MPa(σ=0MPa)、15.2MPa(σ=1MPa)。
2梁式試件試驗結果
1)鋼筋應力-跨中撓度關系曲線
圖10給出了梁式試件測試鋼筋應力σs-跨中撓度δ關系曲線。從圖10可以看出:3個梁式試件測試鋼筋應力-跨中撓度關系曲線接近;加載初期由于試驗裝置空隙的存在,在較小的荷載作用下可能產生較大的跨中撓度;待試驗裝置空隙消除后,跨中撓度隨著荷載的增大近似呈線性增長;當自由端鋼筋發(fā)生滑移后,鋼筋應力增長速度減慢,而跨中撓度快速增大;加載至破壞荷載后,鋼筋應力減小而跨中撓度繼續(xù)增大。
2)平均黏結應力-滑移關系曲線
圖11給出了梁式試件平均黏結應力σ-滑移s關系曲線。從圖11可以看出:3個梁式試件測試筋平均黏結應力-滑移關系曲線接近;加載初期,加載端鋼筋即出現(xiàn)滑移,且滑移值隨荷載近似呈線性發(fā)展,而自由端鋼筋無滑移。當平均黏結應力加載至5MPa左右,自由端鋼筋開始滑移,其中一個自由端鋼筋滑移隨荷載增長較快而另一個自由端鋼筋滑移至0.4mm左右后不再增長,而加載端鋼筋滑移增長速度顯著加快,不再與荷載成線性比例增長;加載至破壞荷載后,荷載開始下降,而加載端和自由端鋼筋滑移量均急速增大。
化學是一門以實驗為基礎的自然科學。學生通過實驗,可以探究自己還未認知的世界,學會科學研究的方法。探究性教學,就是學生在教師的引導下,從學科領域或從社會生活中選擇和確定研究主題,創(chuàng)設一種類似于科學研究的情境,通過學生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題,對可能的答案作出假設與猜想,并設計方案,通過實驗、操作、調查、收集證據,對獲得的信息進行處理,得出初步結論;學生通過收集和處理信息、表達與交流等活動,獲得知識、技能、方法、態(tài)度特別是創(chuàng)新精神和實踐能力等方面的發(fā)展的一種教學模式。如何在初中化學實驗教學中開展創(chuàng)新教育,拓展學生的創(chuàng)造力,這是化學教育面向現(xiàn)代化的重要課題。
一、充分利用和發(fā)掘教材資源,發(fā)展學生創(chuàng)新意識
1、在實驗中探索新知識
創(chuàng)新意識是使學生進行創(chuàng)新、創(chuàng)造行為的心理動機。作為智力正常的學生,一般都具有創(chuàng)新和創(chuàng)造的潛能。教師應具有保護學生創(chuàng)新心理和創(chuàng)新精神的意識。如在實驗教學中,因材施教,拓寬實驗思路,使化學實驗更具有趣味性、探索性和綜合性,以滿足學生動手、動腦、求新的心理特點,支持學生在實驗中萌發(fā)的創(chuàng)新意識,鼓勵他們去探究事物的本質。例如:在學習了O2氣體的實驗室制取的方法之后,我們在學習制取CO2的實驗中,可以對二氧化碳的實驗室制取實驗進行如下的設問:(1)制取O2的裝置有什么特點?是否可以用來制取CO2?(2)制取一種氣體,我們需要了解哪些知識?(3)如果實驗室沒有稀鹽酸,可不可以用硫酸代替?(4)若沒有碳酸鈣該用什么藥品代替?經過動手、動腦,不僅提高了學習興趣,鞏固了所學知識,同時培養(yǎng)了獨立思維能力。
2、變演示實驗為學生設計性實驗
為了提高學生自主創(chuàng)新能力,在演示實驗中,由學生自行設計實驗過程,使之變?yōu)樘骄啃汀⒃O計型、科研型的實驗。例如:在關于溶液的導電性演示實驗中,教師可以給出所需的藥品和儀器,然后讓學生自擬一個實驗方案來驗證物質的導電性。教學中我們可以這樣安排:(1)學生自擬實驗方案。(2)學生詳細設計實驗操作過程。(3)師生討論、評價實驗。學生在實驗中,獨立探索、研究,雖然時間可能長一些,但在操作中提高了他們的實驗設計能力和動手能力,通過解決實驗中出現(xiàn)的疑難問題,提高了學生獨立實驗和學習的能力。
二、注重對實驗的探究,培養(yǎng)學生對科學知識的創(chuàng)新
探究的目的是使學生由被動學習變?yōu)樘骄啃缘闹鲃忧笾?,這是學習過程的一種質的突破與飛躍。探究式教學要體現(xiàn)以學生為主體,充分發(fā)揮學生的主觀能動性,激發(fā)學生的學習興趣,給學生主動探究、自主學習的空間,為學生提供動手動腦的機會,促使學生產生質疑、探索求解的創(chuàng)造性學習動機,并將化學學科的各部分知識、技能、技巧相互滲透、融會貫通。
以教材“燃燒的條件”為例,在教學中我們可以按以下步驟進行:
1、提出問題
燃燒是日常生活中最為常見的一種現(xiàn)象。那么應具備哪些條件才能燃燒呢?
2、提出假設
由于學生對燃燒這一現(xiàn)象非常熟悉,聯(lián)系到學生的實際情況,紛紛猜想問題的答案,主要有以下幾種:
猜想1:要有可以燃燒的物質(可燃物)。
猜想2:要有氧氣。
猜想3:要達到一定的溫度。
在學生提出各種猜想后,教師再引導學生在猜想的基礎上進行如下合理的假設。
假設1:三個條件只需滿足其一就能燃燒。
假設2:三個條件要同時滿足才能燃燒。
假設3:滿足三個條件中的兩個就能燃燒。
3、制訂計劃,設計實驗,進行實驗
讓學生制訂詳細的探究計劃,就上述的猜想與假設設計實驗方案,教師在實驗中給予一定的指導。
實驗一:在500ml的燒杯中注入400ml熱水,放入一小塊白磷,在燒杯上蓋一塊薄銅片,銅片上一端放一小堆干燥的紅磷,另一端放一小塊已用濾紙吸干表面水分的白磷,觀察現(xiàn)象。
現(xiàn)象:薄銅片上的白磷燃燒,而薄銅片上的紅磷與熱水中的白磷沒有燃燒。
實驗二:用導管對準上述熱水中的白磷,通入少量的氧氣,觀察現(xiàn)象。
現(xiàn)象:熱水中的白磷燃燒起來。
4、解釋與結論
要求學生對所做的實驗進行總結,從實驗所得到的事實可以證明,燃燒的條件是:①氧氣(或空氣)。②溫度要達到可燃物的著火點。③可燃物。這三個條件應同時滿足,缺一不可。
三、注重驗證性實驗的探究性
通過實驗探究不僅能讓學生獲得知識,學到技能,更重要的是讓學生學到科學方法和受到科學思維的訓練,養(yǎng)成科學精神和良好品德,發(fā)展學習的興趣。這樣在實驗教學中,盡量發(fā)揮實驗的探究本性,讓學生體驗到實驗的趣味,從而提高學生的學習興趣;讓學生體驗、理解科學探究的方法和過程,豐富學生探究活動的親身經歷,提高學生的科學素養(yǎng)。
四、精心設計探究性習題,提高學生探究思維能力
選擇好的探究性習題,對于培養(yǎng)學生探究性思維能力可以說具有十分重要的作用,因為實驗方面的探究性學習會占據大量的時間,而且會受到一些客觀條件的限制,而習題只需要利用大腦的思維,避開實驗條件,利用已有的知識,在大腦里形成探究步驟,在大腦里比較分析各種可能情況的利與弊,從而得到正確的結論。
例如:某課外活動小組在一次探究實驗中,將一種金屬投入盛有水的容器中,發(fā)現(xiàn)反應劇烈并有大量氣體生成。請根據上述實驗現(xiàn)象探討下列問題:
(1)根據所學知識推測該氣體可能是什么氣體,并簡述推測理由。
關鍵詞:實驗室;廢棄物;環(huán)境污染;治理
隨著我國科學技術的發(fā)展,對各類實驗室的需求越來越多,各學科的重點實驗室、各學校、各系統(tǒng)內的重點實驗室層出不窮。從實驗室的分布來看,主要集中在學校(包括各高等院校和中學學校)、科研機構、檢測機構和企業(yè)中的檢驗研究部門。企業(yè)實驗室的污染問題可歸納為企業(yè)的環(huán)保問題,易于被各級部門重視,企業(yè)在處理自身的環(huán)保問題時,污染問題也得到相應的處理。而各類實驗室多為相對獨立的行政單位,區(qū)域分散,單個污染少,易于被忽視。
我國目前擁有各類高等院校1100所(1999年統(tǒng)計數(shù)字),普通高中1.5萬所,初中6.3所??蒲性核①|檢、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測、農林等各級檢驗機構近20000余個,已成為一個龐大的系統(tǒng)。實驗室實際上是一類典型的小型污染源,建設的越多,污染的越大。這些實驗室,尤其是在城區(qū)和居民區(qū)的實驗室對環(huán)境的危害特別大,因為很多實驗室的下水道與居民的下水道相通,污染物通過下水道形成交叉污染,最后流入河中或者滲入地下,其危害不可估量??茖W工作者或者未來的科學工作者成了環(huán)境的污染者,令人十分遺憾。環(huán)境保護是事關可持續(xù)發(fā)展經濟的大戰(zhàn)略。在環(huán)保面前人人平等,必須本著“誰污染環(huán)境,誰負責處理”的原則貫徹執(zhí)行。實驗室的成本核算和對外收費都應包括實驗室的環(huán)保費用在內。
實驗室的污染源種類復雜,品種多,毒害大,應根據具體情況,分別制訂處理方案。
1實驗室環(huán)境污染種類及危害[1]
1.1按污染性質分
1.1.1化學污染
化學污染包括有機物污染和無機物污染。有機物污染主要是有機試劑污染和有機樣品污染。在大多數(shù)情況下,實驗室中的有機試劑并不直接參與發(fā)生反應,僅僅起溶劑作用,因此消耗的有機試劑以各種形式排放到周邊的環(huán)境中,排放總量大致就相當于試劑的消耗量。日復一日,年復一年,排放量十分可觀。有機樣品污染包括一些劇毒的有機樣品,如農藥、苯并(α)芘、黃曲霉毒素、亞硝胺等。無機物污染有強酸、強堿的污染,重金屬污染,氰化物污染等。其中汞、砷、鉛、鎘、鉻等重金屬的毒性不僅強,且有在人體中有蓄積性。
1.1.2生物性污染
生物污染包括生物廢棄物污染和生物細菌毒素污染。生物廢棄物有檢驗實驗室的標本,如血液、尿、糞便、痰液和嘔吐物等;檢驗用品,如實驗器材、細菌培養(yǎng)基和細菌陽性標本等。開展生物性實驗的實驗室會產生大量高濃度含有害微生物的培養(yǎng)液、培養(yǎng)基,如未經適當?shù)臏缇幚矶苯油馀?,會造成嚴重后果。生物實驗室的通風設備設計不完善或實驗過程個人安全保護漏洞,會使生物細菌毒素擴散傳播,帶來污染,甚至帶來嚴重不良后果。2003年非典流行肆虐后,許多生物實驗室加強對SAS病毒的研究,之后報道的非典感染者,多是科研工作者在實驗室研究時被感染的。
1.1.3放射性污染物
放射性物質廢棄物有放射性標記物、放射性標準溶液等。
1.3按污染物形態(tài)分
1.3.1廢水
實驗室產生的廢水包括多余的樣品、標準曲線及樣品分析殘液、失效的貯藏液和洗液、大量洗滌水等。幾乎所有的常規(guī)分析項目都不同程度存在著廢水污染問題。這些廢水中成分包羅萬象,包括最常見的有機物、重金屬離子和有害微生物等及相對少見的氰化物、細菌毒素、各種農藥殘留、藥物殘留等。
1.3.2廢氣
實驗室產生的廢氣包括試劑和樣品的揮發(fā)物、分析過程中間產物、泄漏和排空的標準氣和載氣等。通常實驗室中直接產生有毒、有害氣體的實驗都要求在通風櫥內進行,這固然是保證室內空氣質量、保護分析人員健康安全的有效辦法,但也直接污染了環(huán)境空氣。實驗室廢氣包括酸霧、甲醛、苯系物、各種有機溶劑等常見污染物和汞蒸汽、光氣等較少遇到的污染物。
1.3.3固體廢物
實驗室產生的固體廢物包括多余樣品、分析產物、消耗或破損的實驗用品(如玻璃器皿、紗布)、殘留或失效的化學試劑等。這些固體廢物成分復雜,涵蓋各類化學、生物污染物,尤其是不少過期失效的化學試劑,處理稍有不慎,很容易導致嚴重的污染事故。
2對實驗室污染物的處理辦法
為防止實驗室的污染擴散,污染物的一般處理原則為:分類收集、存放,分別集中處理。盡可能采用廢物回收以及固化、焚燒處理,在實際工作中選擇合適的方法進行檢測,盡可能減少廢物量、減少污染。廢棄物排放應符合國家有關環(huán)境排放標準。
2.1化學類廢物
一般的有毒氣體可通過通風櫥或通風管道,經空氣稀釋排出。大量的有毒氣體必須通過與氧充分燃燒或吸收處理后才能排放。
廢液應根據其化學特性選擇合適的容器和存放地點,通過密閉容器存放,不可混合貯存,容器標簽必須標明廢物種類、貯存時間,定期處理。一般廢液可通過酸堿中和、混凝沉淀、次氯酸鈉氧化處理后排放,有機溶劑廢液應根據性質進行回收。
2.1.1含汞廢液的處理
排放標準3:廢液中汞的最高容許排放濃度為0.05mg/L(以Hg計)。
處理方法:①硫化物共沉淀法:先將含汞鹽的廢液的pH值調至8-10,然后加入過量的Na2S,使其生成HgS沉淀。再加入FeS04(共沉淀劑),與過量的S2-生成FeS沉淀,將懸浮在水中難以沉淀的HgS微粒吸附共沉淀.然后靜置、分離,再經離心、過濾,濾液的含汞量可降至0.05mg/L以下。[2]
②還原法:用銅屑、鐵屑、鋅粒、硼氫化鈉等作還原劑,可以直接回收金屬汞。
2.1.2含鎘廢液的處理
①氫氧化物沉淀法:在含鎘的廢液中投加石灰,調節(jié)pH值至10.5以上,充分攪拌后放置,使鎘離子變?yōu)殡y溶的Cd(OH)2沉淀.分離沉淀,用雙硫腙分光光度法檢測濾液中的Cd離子后(降至0.1mg/L以下),將濾液中和至pH值約為7,然后排放。
②離子交換法:利用Cd2+離子比水中其它離子與陽離子交換樹脂有更強的結合力,優(yōu)先交換.
2.1.3含鉛廢液的處理
在廢液中加入消石灰,調節(jié)至pH值大于11,使廢液中的鉛生成Pb(OH)2沉淀.然后加入Al2(S04)3(凝聚劑),將pH值降至7-8,則Pb(OH)2與Al(OH)3共沉淀,分離沉淀,達標后,排放廢液。
2.1.4含砷廢液的處理
在含砷廢液中加入FeCl3,使Fe/As達到50,然后用消石灰將廢液的pH值控制在8-10。利用新生氫氧化物和砷的化合物共沉淀的吸附作用,除去廢液中的砷。放置一夜,分離沉淀,達標后,排放廢液。
2.1.5含酚廢液的處理
酚屬劇毒類細胞原漿毒物,處理方法:低濃度的含酚廢液可加入次氯酸鈉或漂白粉煮一下,使酚分解為二氧化碳和水。如果是高濃度的含酚廢液,可通過醋酸丁酯萃取,再加少量的氫氧化鈉溶液反萃取,經調節(jié)pH值后進行蒸餾回收.處理后的廢液排放。
化學是以實驗為基礎的科學,實驗是學生進行探究活動的重要手段?;瘜W實驗特有的客觀性、生動性、直觀性,有助于提高學生學習興趣,但隨著越來越多的毫無懸念的驗證性實驗教學的進行,學生會感到枯燥乏味。因此必須改進實驗方式,讓學生主動地參與、體驗過程。不僅要讓學生動手實驗,還要讓學生設計實驗,使學生對實驗充滿興趣。在學生熟練掌握基本操作的基礎上,引入設計性實驗,鼓勵和促使學生獨立思考、觀察現(xiàn)象和分析問題。例:給學生布置一個作業(yè):校實驗員在實驗室發(fā)現(xiàn)一瓶無色溶液,其標簽已經腐蝕掉一半,殘存的標簽紙上寫著K,請你幫助該老師重新貼好標簽紙。學生可以自行假設,并設計實驗進行驗證,當然答案可以是多種的。
二、貼近生產生活,進行實踐探究
在具體的化學教學過程中,可以利用生活中的化學現(xiàn)象、物質引入所學的知識點,從而提高學生的學習興趣。“有機物是大家在日常生活中接觸得很多的一類物質,人類吃的和穿的基本上全是有機物”。學生立即就會聯(lián)想到生活中所接觸到的東西:米飯、肉、油、蔬菜,水果,服裝……這些東西都是有機物?主要成分是什么?對身體有什么作用?例如:把成熟的蘋果梨和生的香蕉放在一起,香蕉會熟得快些,加深了學生對乙烯性質、用途的理解;介紹松花皮蛋中的”松花”是堿與蛋白質分解出的氨基酸反應來的,讓學生有了對蛋白質和氨基酸的了解;堿性物質可降低農藥的藥性、如何鑒別真假皮革、食品中的添加劑常識、高溫加熱煮沸和酒精消毒作用……引導學生關注生活中的化學,使學生感到學化學生動有趣,他們也愿意用所學化學知識解釋、解決生活中的實際問題。事實上,學生利用學校實驗室進行實驗探究是有限的,但化學就在我們身邊,它與我們的生活息息相關,許多探究實驗都可以在家里完成,正確引導學生做好家庭實驗,可以大大減輕學校的負擔。教師應指導學生利用生活中的常見用品和廢棄物制成簡易的實驗器材,或替代實驗用的化學藥品。這樣既有助于把“活動與探究”延伸到校外,又能培養(yǎng)學生的實踐能力、節(jié)約和環(huán)保意識。案例1:生活中哪些是過濾操作?哪些是蒸餾操作?哪些是蒸發(fā)操作?案例2:讓學生思考,喝水丟棄的塑料飲料瓶有什么作用?(可以用塑料飲料瓶的上半截可作漏斗,下半截作燒杯,用塑料飲料瓶也可制作儲氣瓶、洗氣瓶。)案例3:可以用注射器、輸液管制成充氣、抽氣裝置。引導學生用家中現(xiàn)有的用品,運用所掌握的知識進行實踐探究:用醋酸除去水垢、鐵銹的反應;食醋與雞蛋殼的反應;土豆中的淀粉與碘酒的顯色反應;水果電池;SO2和氯氣的漂白性(用鮮花);分子的立體構型;晶胞的分析可以用不同大小的球形組裝。家庭小實驗不僅增長知識,培養(yǎng)能力,而且提高學生學習化學的興趣,讓學生從身邊熟悉的物質和現(xiàn)象入手,讓學生發(fā)現(xiàn)問題并展開探究,使學生自主地獲得有關知識和經驗。新課程充分體現(xiàn)了STS(科學、技術、社會)的教育思想,從真實問題入手展開學習活動,有利于激發(fā)學生的學習動機。
三、培養(yǎng)學生主動觀察的興趣,創(chuàng)設問題情境,培養(yǎng)學生的探究能力
宋代教育家朱熹曾說:“教人未見意趣,必不樂學?!边@句話充分說明興趣對學習有重要意義,學生的學習興趣是提高教學質量的關鍵。學生親自動手不僅能培養(yǎng)自己的動手能力,而且能加深學生對知識的認識和理解。在享受實驗樂趣的同時,更要注意實驗的過程。例如:任何一個化學實驗都包括實驗裝置、試劑、操作和現(xiàn)象等幾個部分,在實驗裝置中,則包含儀器、儀器的連接方法、各部分的作用、使用注意事項等;在操作中則包括裝配拆卸順序、操作步驟、實驗條件和注意事項;在試劑中,主要表現(xiàn)在顏色、狀態(tài)、氣味、規(guī)格、取量等方面;在實驗現(xiàn)象中,則包含顏色、狀態(tài)、氣體、沉淀、分層、聲音、光、熱、溶解等。通過一段時間的學習和觀察,學生會逐步掌握有目的地選擇重點觀察的方法。特別是一些異?,F(xiàn)象,最后對觀察的各種現(xiàn)象進行分析、總結,得出科學結論,甚至還會有新的收獲,這樣比課后去記效率高的多,既節(jié)省了時間,又減輕了學生的學習壓力。教師應在日常教學中養(yǎng)成經常設疑的習慣,應在教學過程中的最佳處設疑。因為適當?shù)哪繕嗽O置能喚起對象的多種需要。例如:在學到氫氧化鈉的性質時,向學生介紹CO2能與NaOH溶液反應,但生成的碳酸鈉是易溶于水的物質(無渾濁出現(xiàn)),反應前后沒有明顯的現(xiàn)象,難以使學生通過觀察現(xiàn)象確定發(fā)生了化學反應。如何把這一難點分化,我想到了用塑料飲料瓶進行這一實驗,在課前用向上排氣法收集滿一塑料瓶二氧化碳氣體(瓶洗凈、干燥、透明),蓋好瓶蓋備用。實驗時,打開瓶蓋,倒入少量濃氫氧化鈉溶液,迅速旋緊瓶蓋,振蕩??梢钥吹剿芰巷嬃掀垦杆僮儼T并伴隨著“咯,咯”的響聲(說明二氧化碳參與了反應)。立即又提問能用什么方法讓塑料飲料瓶恢復原狀,并讓學生親自上來實驗,一會兒塑料飲料瓶又鼓了起來,學生覺得很有趣。課堂教學不應局限于書本知識,要結合每節(jié)課的具體特點集多種情境于一體,創(chuàng)造“發(fā)現(xiàn)情境”的機會,營造可供學生積極探索的創(chuàng)造氛圍,讓學生評價、思考、解答。
四、注重對比教學和典型教學
知識與技能:通過實驗探究,知道磁敏傳感器的工作原理及應用;能分析、設計、制作簡單的磁敏傳感器.過程與方法:學生組裝和調試磁敏傳感器,經歷科學探究過程,學習科學研究方法,培養(yǎng)學生的實踐能力、團隊合作能力和創(chuàng)新思維能力.情感態(tài)度與價值觀:通過自己設計、制作簡單的磁敏傳感器,體驗科技創(chuàng)新的樂趣,體會到傳感器在生活、生產和科技中的理論意義和實踐意義,激發(fā)學習興趣.
2學習任務
任務1:制作防盜報警器.任務2:制作位置傳感器.任務3:制作模擬電梯關門控制電路。
3問題與方案
通過閱讀教材與實驗探究完成以下問題:(1)什么是霍爾效應及應用?(2)單、雙干簧管的檢測方法有哪些?(3)磁敏元件在控制電路中起什么作用?(4)用干簧管與霍爾開關設計、制作簡易的磁敏傳感器.能畫出方案圖并說出工作過程.
4探究過程
4.1熟悉器材
具體器材如下:磁敏元件,穩(wěn)壓電源,負載[電位器、定值電阻、12V或6V直流電動機、蜂鳴器、小燈泡、SRD-05V或JZC-23F(12V)的直流電磁繼電器],MF-47型萬用表,DT830B型數(shù)字萬用表,邏輯非門74LS14或74LS04,三極管(S9013,S9018,S8050等),面包板等.
4.2實驗探究
4.2.1制作防盜報警器
利用干簧管、電磁繼電器、霍爾開關、非門的特點進行設計.所做的作品和市場銷售的“門磁”相同,靈敏度高,簡單實用,形象、直觀地演示了磁敏傳感器工作原理及磁控開關的應用.(1)干簧管與繼電器制作的防盜報警器,小燈泡為“6.3V,0.15A”,根據負載選取電源電壓,J和Ja是5V繼電器,J為線圈,Ja為常閉觸點.將小磁鐵嵌入在活動門的上方邊緣上,將常開干簧管嵌入在門框內,讓兩者相對靠近,即門處于關閉狀態(tài),此時干簧管內兩簧片閉合.接通電路,繼電器線圈得電,常閉觸點Ja動作斷開,工作電路不接通;當有人開門時,磁鐵與干簧管遠離,兩簧片斷開,線圈失電,Ja觸點釋放復位閉合,工作電路接通,蜂鳴器發(fā)聲報警,紅燈亮.(2)干簧管與非門制作的防盜報警器,采用74LS04非門,R為2.2kΩ電位器或電阻箱,首先按圖將元件接插在面包板上,接上5V電壓,再調試電位器R,當其阻值在1~2kΩ時,蜂鳴器發(fā)聲報警,然后用小磁體靠近干簧管,報警聲停止.本電路工作過程為:當門關閉時,永磁體使干簧管接通,非門輸入端A與電源負極相接,處于低電平,則輸出端Y為高電平,蜂鳴器不發(fā)聲;當開門時,沒有磁場作用,干簧管不通,非門輸入端A高電平,則輸出端Y低電平,蜂鳴器通電發(fā)聲報警.(3)制作霍爾防盜報警器,R為5kΩ電位器(或電阻箱),采用74LS04非門,首先按圖將元件接插在面包板上,接通5V電源,調試電位器,當R為2~4kΩ時,蜂鳴器發(fā)出報警聲,再將小磁鐵靠近霍爾開關平面,報警聲立刻停止.本作品在生活中應用是:將小磁鐵固定在門的上方邊緣上,將霍爾開關固定在門框的邊緣上,讓兩者靠近,即門處于關閉狀態(tài),霍爾開關輸出為低電平,非門輸出端Y為高電平,蜂鳴器達不到工作電壓不報警;當門被撬開時,霍爾開關輸出為高電平,非門輸出端Y為低電平,蜂鳴器接通發(fā)出報警聲.
4.2.2制作干簧管位置傳感器(自動停車的磁力自動控制電路)
用于玩具車接近磁鐵時自動切斷電源的自動控制電路,電源電壓3~4.5V,R為200~500Ω電阻,M為6V直流電動機,VT為三極管9013,8050,9012等.開啟電源開關S,三極管VT基極有偏置電流,VT處于飽和導通狀態(tài),玩具直流電動機M轉動.當磁鐵靠近H時,觸點閉合,將基極偏置電流旁路,VT截止,電動機停止轉動,保護了電動機及避免了大電流放電.
4.2.3制作模擬電梯關門控制電路
參考電路,VT為三極管9012,9014,9013等,J為12V電磁繼電器,小燈泡為6.3V,接6~11V電源,按圖接插電路元件,調試電位器,當R2阻值達到8~10kΩ,R1達到2.2kΩ,電流達到45mA時,用磁鐵靠近霍爾開關,電流達到50mA時再微調R2與R1,電流稍高于50mA時,線圈得電,觸點動作,電動機轉動,綠燈亮;磁鐵離開時,電動機停轉,綠燈熄滅,同時紅燈亮,蜂鳴器發(fā)聲報警.模擬了電梯門關閉時,電梯才能運行,不關閉時紅燈亮,蜂鳴器報警,此電路靈敏度高、可操作性強。
5探究結果