活动背景:
环境污染等原因导致水体污染严重,水质较差,对人体伤害较大,净化水质很有必要。大范围内净水要求严格,成本较高,作为小学生可以尝试用简单、低成本的方式净化水质,培养动手能力和知识运用能力。
活动目的:
1. 了解水净化的基本原理和方法。
2. 学习制作简易净水器,培养动手能力和科学探究精神。
活动材料、仪器:
1. 材料:空塑料瓶、剪刀、橡皮筋、滤纸、活性炭、石英砂、麦饭石、小石子、纱布、河沙、土壤、水、卫生纸、粗沙、棉花等。
2. 仪器:量杯、玻璃棒等。
活动组织与实施:
(一)讲解水净化知识:介绍水净化的常见方法和原理。
净化水的常见方法:
沉淀法:将水静置,把水分层,把不溶于水的大颗粒物质沉淀下来。
煮沸法:将水加热至沸腾,杀死水中的细菌、寄生虫等。
蒸馏法:将水加热至沸腾,使其变成水蒸气,待水蒸气冷却后凝结成液体,可以去除水中的各种杂质。
过滤法:通过过滤膜将水中的杂质去除。
活动操作:
1.提出假设,验证假设阶段
提出假设一:
水质污染很多是因为水里有很多固体物质,可以用石子阻挡固体物质进入滤水装置。瓶口较大,为防止石子漏出,可以用纱布把瓶口封住。
(1)尝试用石子过滤
实验现象:污水中粗大的固体物质被阻挡在石子上。但较细的固体物质没有被过滤出来,水质效果没有得到明显的改变。
实验结论:石子可以过滤污水中粗大的杂质。
提出假设二:
将石子换成更细小的物质进行过滤,过滤效果会更好,如:粗沙、棉花。
(2)尝试粗沙和棉花过滤
实验现象:装入棉花和粗沙的过滤装置过滤出的水质有一定的变化,被阻挡的物质更多更细。
实验结论:棉花可以过滤污水中颗粒较大的杂质,粗沙可以过滤污水中较小的杂质。
(3)对比实验:石子过滤、粗沙过滤、细沙过滤、棉花过滤
对比实验
提出假设三:
添加更细的物质阻挡固体杂质可以让更多的固体物质被过滤出来。既然每一种物质都具有过滤作用,合在一起效果会叠加。以前用过滤纸过滤食盐中的细沙,每一层物质中加上滤纸效果应该可以更好。
(4)制作简易过滤器:
①把塑料瓶剪成两半,将瓶口用纱布封住,倒扣到瓶底上。
②将土壤倒入水中,用玻璃棒搅拌,制成浑浊的污水。
③按顺序加入棉花——滤纸——粗沙——滤纸——石子到简易过滤器中。
④倒入污水,观察过滤现象。
实验现象:水质有了较明显的变化,不同大小的杂质被过滤在了不同大小的过滤物质上。
实验结论:石子、棉花、粗沙、滤纸合在一起叠加过滤,过滤效果更好。
2.验证假设结论:
过滤器中装入不同大小的物质,过滤效果不同,装入的物质间的缝隙大小会影响净化水的效果,缝隙较大,可以阻挡污水中粗大的杂质,缝隙较小,可以阻挡污水中更多的杂质。各类物质在净化水质过程中可以叠加使用,效果更好。滤纸与过滤器之间有缝隙,污水可能由此避开滤纸的作用。
3.提出新的疑惑:
我们能看见的杂质能够被过滤出来,看不见的有害物质又该怎样去除呢?
4.解答疑惑:
查阅资料,搜寻更合适的过滤材料。
提出假设四:
根据查阅到的资料,参照对假设三的思考进行改进,把过滤材质进行升级,净水效果会更明显。过滤的材料本身可能不清洁,应当先清洗过滤材料,保证源头清洁。
5. 改进实验阶段
根据几个假设完成了前期试验,取得了一定的成效,仍然有很大的进步空间。通过查阅资料,搜寻到了其他功能不同的过滤材料,继续试验探究。
实验现象:将过滤前后的水质进行对比,发现水质变化明显,但因为只注重了运用新搜寻到的材料进行实验,忽略了前期实验材料的运用,净化效果仍有提升空间。
实验结论:过滤材料的叠加使用,过滤效果较好。
实验调整:
①用剪刀把塑料水瓶剪成两半,用橡皮筋把纱布固定在瓶口,将瓶口部分倒扣在塑料水瓶底部上,制成简易的净水器。
②按顺序将材料放入简易净水器中:河沙----滤纸----活性炭----滤纸----石英砂----滤纸----麦饭石。
③倒入污水进行过滤处理,对比净化前后的水质状况,评判净化效果。
④重新倒入另一杯污水,观察实验效果。
自制简易净水器
5. 撰写实验报告,得出实验结论。
(1)小石子主要起到初步过滤较大颗粒杂质的作用,能有效去除水中的一些悬浮物,麦饭石在此基础上还有调节水的PH值,释放微量元素的作用。
(2)石英砂进一步过滤较小颗粒杂质,提高水的澄清度。
(3)活性炭具有很强的吸附能力,能够吸附水中的异味、色素等有害物质,显著改善水的质量。
(4)经过简易净水器的处理,水在一定程度上得到了净化,变得更加澄清,异味减轻,说明这种简单的组合方式能够实现对水的初步净化。但与专业的水处理相比,净化效果存在一定局限性。
拓展延伸:设计其他净水装置
卫生纸过滤法:
①将污水倒入量杯中。
②将卫生纸折叠成宽条,一头放入污水量杯中,另一头放在空量杯上。
③观察过滤效果。
现象及结论:过滤效果非常明显,水质清澈,看不见杂质。但速度慢,比较浪费水,看不见的有害物质没有得到处理,实用性较差。
卫生纸过滤
实验报告单
活动小结
1、在实验过程中锻炼了动手能力和解决问题的能力,也体会到了科学实验的乐趣和严谨性。通过实验,成功利用常见材料制作出了简易净水器,能够有效去除水中的一些杂质和颗粒物。实验过程中,对不同材料的选择和组合进行了尝试和优化,了解到活性炭的吸附性、沙石的过滤作用、石英砂可截留固体悬浮物、麦饭石能调节水的 pH值等在净化过程中的重要性。同时也明白了实际的净水器工作原理更为复杂,需要更精细的设计和工艺。
2、在操作过程中,要更加注意细节,保持规范操作,减少因人为因素导致的误差。对于净化效果的评估,应该尝试使用更专业的检测手段或方法,以便能更准确地判断净水器的实际效能。同时,意识到自制净水器与实际商用净水器之间存在较大差距,激发了进一步探索和学习更先进水净化技术的兴趣。以后进行类似实验时,要提前做好更充分的准备和规划,以提高实验的质量和收获。