星空体育app下载入口 STEM项目活动方案：“火龙卷与焰色反应”

该项目鼓励学生自主构思并动手搭建一个能够展示焰色反应效果的火焰龙卷装置，这种装置既适合在教室里进行教学展示，也能在科技活动中发挥应用作用。火焰龙卷风的形成必须满足特定条件：当猛烈的温度与流动的气流相互交融时，便会产生旋转的空气旋涡。这些空气旋涡能够逐渐收窄，构成类似龙卷风的结构，并且会不断旋转着将燃烧后的残留物以及易燃的气体卷入其中。这项教学实践包含两个核心环节，分别是探究不同金属盐的发光特性，以及构思并搭建模拟火焰风车的装置，最终目标是启发学生将这两个环节有机结合，独立完成一套既易于操作又能清晰展示焰色反应与火焰风车现象的综合性实验装置。

发展目标

要透彻研究焰色反应的机理，迅速找出适合实验演示的特定颜色物质；要掌握火龙卷形成的机制，能够分辨出龙卷风、火旋风和水漩涡产生的原理各自不同。

技术方面全面涉猎了焰色反应的实验流程和操作技巧，动手实践后，最终确定了一种适宜的方案用于后续设计；依照火龙卷形成的机理，利用现有物料开展模拟实验，同时绘制了装置的详细图纸；掌握了各类工具的操作方法，熟悉了不同材料的物理特性，并且明确了相关的操作规范和安全应急措施。

工程方面，挑选适宜的物料，借助可用的器具，着手构建焰色反应火龙卷的展示装置，随后开展一系列的检测工作。

数学方法在实验和模型测试环节发挥作用，借助图表工具、极限技术等统筹手段，能够提升工作效能，迅速构建出恰当的模型。

项目准备

组建项目小组

项目以团队形式开展研究与操作，一个组织得当、配合默契的集体是任务完成的基础。需要指导学生成立包含不同专长的项目团队，这些专长涵盖理论功底、实践技能、书面表达、技术运用和口头展示等方面。

资料收集与整理

运用各种途径，包括网络、书刊、咨询等，汇集并梳理相关资料，掌握焰色反应实验的基本原理，并收集各类焰色反应实验的具体做法；认识火龙卷形成的机理，同时能够阐释龙卷风、火旋风以及水漩涡现象的成因。

器材及工具准备

实验用品包括多种金属盐，例如氯化钾、氯化钠、氯化铜、氯化钡、氯化钙、氯化锶、氯化钴、硫酸铜等，还需准备各类燃料，如甲醇、乙醇等，以及酒精灯、煤气灯（或酒精喷灯）、金属丝（镍铬丝、铁丝等），另备玻璃棒、烧杯、蒸发皿、坩埚钳、棉花、玻璃圆筒、PVC管、亚克力板、白铁皮、铁质易拉罐等材料。所需工具包括塑料热风焊枪, 剪子, 锤子, 手锯, 锉刀, 钢直尺, 直角尺, 亚克力钩刀, 老虎钳等物品。

项目实施

焰色反应效果增强试验

让学生亲身实践各种焰色反应实验方法，感受其过程，最终确定一种方法，用于设计演示装置。

用金属丝进行燃烧测试时，先将附有金属丝的玻璃棒浸入稀盐酸中清洗，之后置于酒精灯火焰（若条件允许星空·综合体育官网入口，可选用煤气灯，因其火焰色泽较浅且温度较高，酒精喷灯亦可）中灼烧，直至火焰颜色恢复原状，接着用金属丝蘸取待测溶液，再次放入火焰中加热，此时即可观察到溶液中所含元素特有的火焰颜色反应。

混合燃烧法需要将金属盐和燃料混合，然后放入容器里，直接点燃进行燃烧，接着观察火焰呈现出的颜色，这个步骤还可以扩展，增设固体酒精制作方法的实验探究环节

喷雾燃烧技术是将金属盐的浓溶液注入微型喷射容器，再朝着火焰喷射，从而观察火焰呈现出的色彩变化。

火龙卷发生装置模型测试

选用常见的PVC排水管作为材料，提供多种规格（外径110毫米、160毫米、200毫米）供选择。使用铁质易拉罐，截取罐底时直径为5厘米（截取罐底时保留的高度由学生自行研究确定）。

先用手锯切下一段PVC管，接着参照图1的红色虚线，把PVC管从中间剖开，再把准备放台面的那一头用锉刀弄平整，这样放的时候就不会歪斜。依据火龙卷的构成方式，按照图1右下角的示意图来布置，中间的红色部分代表铁质易拉罐的底部，蓝色部分代表燃烧的混合液体。点着之后，看看能不能出现火龙卷。要是效果不明显，就找出原因，再重新调整装置。

反复试验，不断调整，才能找到最适宜的PVC管尺寸，具体是直径和高度，它们之间应该有特定的比例关系，这样才能最有效地产生火龙卷现象，如果计算过程中需要其他参数，比如温度或者风力，也要额外提供数据并做好记录。

第2步：PVC管排水管不透明星空综合体育app下载，导致演示时难以观察，因此，在完成上述基础测试后，可以选用透明材料来替代PVC管，例如透明亚克力板，这种材料方便进行剪裁和弯曲加工，不过其耐热性能不佳，受热时容易发生形变，透明半圆弧制作完毕后，按照第1步测试的方案，实施焰色反应火龙卷效果测试

焰色反应火龙卷演示装置的设计制作

获得前述两项测试数据后，即可着手开展焰色反应火龙卷展示工具的构思与构建工作。鉴于已掌握相关机理并实施过原型验证，整套装置的规划需着力激发参与者的主动性和创新才能，促使各团队依据个人构思执行自成体系的定制化方案。在这个步骤里，学员要构思一个基座，材料可以选岩石（比如花岗岩），也能选金属（比如不锈钢），要是自己没条件制作星空体育平台官网入口，可以画出设计图，交给工厂来加工完成。

这个环节适合向学生讲解有关怎样构建容易产生旋风的进风口的设计思路，作为知识延伸内容；在透明圆筒和底座之间，可以构思一个既独特又外观雅致的进风口调控装置；可以引导学生尝试使用底部鼓风或顶部抽吸的方法，以强化火龙卷的视觉效果；还可以对鼓风和抽吸过程实施自动调节，从而创造出类似激光音乐喷泉的烟火艺术表演。

图 1

图 2 学生制作的焰色 反应火龙卷演示装置

ONE

项目展示

各团队需要把项目完成情况汇总呈现出来。具体流程包含三个步骤：首先完成研究总结文档的编写，其次提交实体作品并附带展板构思，最后开展成果交流汇报活动。

项目评价

活动期间观察学生的投入程度、执行标准、求知意愿、创新意识等个体情况，把表现优异之处和不良倾向都记入档案，作为活动结束后最终评分的依据。

评价结果需指导学生完成项目结题报告的撰写，提交的报告须仔细审阅并评定分数；指导学生进行焰色反应火龙卷演示装置的设计与制作，需注意规范实验操作、正确使用工具，确保实施过程安全无虞，对提交的成果作品从实用性、创新性、外观协调性、演示效果直观性、操作便捷性等方面进行考核并打分。尤其是最终的成果汇报环节，需要各领域评审老师评价学生在展示过程中的整体表现，随后将分数加总，依据累计分数从高到低排列名次。

最终，结合过程评估与成果评估的状况，确定每个学生参与项目活动的个人得分。

这个项目出席了第35届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科教创新成果的线上交流环节，并且参与了相关活动