第一单元课题2 化学实验与科学探究 (第 2 课时)讲义--2026-2027学年九年级化学人教版上册

本讲义聚焦初中化学“吸入与呼出气体的探究”核心知识点，通过对比实验设计系统探究氧气、二氧化碳、水蒸气含量差异，构建“提问→假设→实验→现象→结论”的完整探究流程，作为化学启蒙阶段科学探究的学习支架。 资料以核心素养为导向，突出科学思维（对比实验控制变量）、科学探究与实践（实验记录单规范记录），如用燃着木条检验氧气含量等实验设计。课中助力教师落实探究教学，课后通过例题、习题及拓展阅读，帮助学生巩固知识、培养严谨科学态度。

人教版九年级化学上册（2024版） · 第一单元 · 课题2 化学实验与科学探究（第2课时） C H E M I S T R Y L E S S O N 4 吸入与呼出气体的探究 对比实验与现象推理 课题名称：第一单元课题2《化学实验与科学探究》第 2 课时 适用年级：九年级（初三） 学习提示 1. 本课时为对比实验探究课，需重点掌握“对比实验”的设计思想——同一变量、对比不同条件。 2. 描述实验现象时，需对比吸入气与呼出气体的差异，不可只描述单一现象。 3. 本课时为化学启蒙阶段，所有物质均用中文名称指代，暂不使用元素符号和化学式。 4. 实验时务必注意安全，呼出气体不可直接闻，注射器不可对准人脸。 教学目标（核心素养导向） 【核心素养目标】依据《义务教育化学课程标准（2022 年版）》的要求，本课时围绕化学学科四大核心素养设计教学目标，引导学生在对比实验探究中形成化学观念、发展科学思维、经历科学探究与实践、涵养科学态度与责任。 1. 化学观念：能说出人体吸入与呼出气体中氧气、二氧化碳、水蒸气含量的差异；认识呼吸是化学变化与生命活动的联系，理解人体通过呼吸完成气体交换。 2. 科学思维：经历“提问→假设→实验→现象→结论”的探究过程，体会对比实验的设计思想——同一变量、对比不同条件，发展从现象差异推断本质差异的推理能力。 3. 科学探究与实践：能用燃着的木条检验氧气含量、用澄清石灰水检验二氧化碳、用干燥玻璃片检验水蒸气；能设计三个对比实验并完整填写实验记录单。 4. 科学态度与责任：感受化学与生命科学的联系，建立“现象→本质”的科学思维；在实验中关注安全操作，养成实事求是、严谨记录的科学态度。 教学重难点 【教学重点】1. 设计三个对比实验，验证吸入与呼出气体中氧气、二氧化碳、水蒸气含量的差异。 2. 掌握用燃着的木条检验氧气、用澄清石灰水检验二氧化碳、用干燥玻璃片检验水蒸气的方法。 【教学难点】1. 理解对比实验的设计思想——同一变量、对比不同条件，控制无关变量相同。 2. 从实验现象（木条燃烧时间、石灰水浑浊程度、水雾有无）推理出气体含量的差异，初步建立“现象→本质”的化学思维。 一、情境导入 【生活情境】同学们，请思考一个生活中的问题：人们为什么不能在密闭空间里长时间呆着？这个问题看似简单，背后却隐藏着丰富的化学知识。当我们呼吸时，吸入的气体和呼出的气体有什么不同？为什么在密闭空间里呆久了会感到头晕、胸闷？ 【思考与讨论】请尝试用自己的语言描述吸入与呼出气体的可能差异，再带着这个疑问进入本节课的学习。本节课我们将通过三个对比实验，探究人体吸入与呼出气体中氧气、二氧化碳、水蒸气含量的差异。 二、提出问题与假设 2.1 提出问题 【核心问题】人体吸入的气体与呼出的气体中，氧气、二氧化碳、水蒸气的含量是否相同？如果不同，有什么差异？ 2.2 提出假设 【假设 1】呼出气体中氧气含量比吸入气体少（因为呼吸消耗了氧气）。 【假设 2】呼出气体中二氧化碳含量比吸入气体多（因为呼吸产生了二氧化碳）。 【假设 3】呼出气体中水蒸气含量比吸入气体多（因为呼吸带出了体内水分）。 三、实验设计（三个对比实验） 【对比实验设计思想】对比实验的核心是“同一变量、对比不同条件”。本课时三个实验都遵循这一原则：每次只改变一个条件（吸入气 vs 呼出气），其他条件保持相同，通过现象差异推断本质差异。 3.1 实验 1：氧气含量对比 【实验目的】比较吸入气与呼出气体中氧气含量的高低。 【实验原理】氧气能支持燃烧。氧气含量越高，燃着的木条燃烧时间越长、火焰越旺；氧气含量越低，木条越容易熄灭。 【实验步骤】①用排水集气法收集两瓶气体，一瓶为空气（吸入气），一瓶为呼出气体；②用燃着的木条分别伸入两瓶气体中；③观察木条燃烧的情况。 3.2 实验 2：二氧化碳含量对比 【实验目的】比较吸入气与呼出气体中二氧化碳含量的高低。 【实验原理】二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。二氧化碳含量越高，石灰水变浑浊越明显、越快。 【实验步骤】①用两支注射器分别抽取等量澄清石灰水；②分别注入等量吸入气与呼出气体；③振荡后观察石灰水变浑浊的程度。 3.3 实验 3：水蒸气含量对比 【实验目的】比较吸入气与呼出气体中水蒸气含量的高低。 【实验原理】水蒸气遇冷会凝结成水珠。水蒸气含量越高，干燥玻璃片上出现的水雾越明显。 【实验步骤】①取两块干燥玻璃片；②一块对着呼气，一块置于空气中吸气；③观察玻璃片表面是否出现水雾。 四、实验记录单（分组实验用） 需分组完成三个对比实验，将实验步骤、现象、结论记录在下表中： 4.1 实验 1 记录：氧气含量对比 实验步骤 假设（预测） 观察现象 解释与结论 用燃着的木条伸入吸入气（空气）中 木条可能继续燃烧 木条继续燃烧，火焰无明显变化 吸入气中氧气含量较高，能支持燃烧 用燃着的木条伸入呼出气体中 木条可能熄灭或燃烧减弱 木条火焰变小，很快熄灭 呼出气体中氧气含量较低，不足以支持木条燃烧 4.2 实验 2 记录：二氧化碳含量对比 实验步骤 假设（预测） 观察现象 解释与结论 将澄清石灰水注入吸入气中 石灰水可能不变或微浑浊 石灰水无明显变化或微浑浊 吸入气中二氧化碳含量较低 将澄清石灰水注入呼出气体中 石灰水可能变浑浊 石灰水明显变浑浊 呼出气体中二氧化碳含量较高 4.3 实验 3 记录：水蒸气含量对比 实验步骤 假设（预测） 观察现象 解释与结论 将干燥玻璃片置于空气中 玻璃片可能无水雾 玻璃片表面无明显水雾 吸入气中水蒸气含量较低 对着干燥玻璃片呼气 玻璃片可能出现水雾 玻璃片表面出现明显水雾 呼出气体中水蒸气含量较高 【实验结论】通过三个对比实验可以得出：人体呼出气体中氧气含量比吸入气体少，二氧化碳含量比吸入气体多，水蒸气含量比吸入气体多。这说明呼吸过程中，人体消耗了氧气，产生了二氧化碳和水，完成了气体交换。 五、注意事项与应急处理 5.1 注意事项 注意事项（实验必读） 1. 呼出气体不可直接闻，避免吸入过多二氧化碳导致不适。 2. 注射器不可对准人脸，防止气体喷射伤人。 3. 收集气体时需用排水集气法，确保气体纯净。 4. 澄清石灰水需新鲜配制，否则影响实验效果。 5. 实验结束后，整理器材，洗手。 【应急处理】实验中如发生意外，请按以下方法处理： 1. 石灰水入眼：立即用大量清水冲洗眼睛 15 分钟以上，严重时就医。 2. 木条烫伤：立即用冷水冲洗烫伤部位 10 分钟以上，严重时就医。 3. 报告老师：任何意外情况，必须第一时间报告老师，不可自行处理。 六、例题精讲 下列 3 道例题，难度递进，请跟随解题思路，掌握对比实验的设计方法与现象推理。 例 1（基础题） 【题目】吸入与呼出气体中哪个氧气含量高？如何验证？ 【分析】 第一步：根据呼吸原理，人体呼吸消耗氧气，所以呼出气体中氧气含量比吸入气体少，即吸入气体中氧气含量高。 第二步：验证方法。氧气能支持燃烧，可用燃着的木条检验。将燃着的木条分别伸入吸入气与呼出气体中，观察燃烧情况。 【解答】 吸入气体中氧气含量高。验证方法：用燃着的木条分别伸入吸入气与呼出气体中，木条在吸入气中继续燃烧，在呼出气体中熄灭或燃烧减弱，说明吸入气中氧气含量高。 【反思】 本题考查氧气含量的对比检验方法。检验氧气用燃着的木条，是通过“能否支持燃烧”这一性质来判断氧气含量的高低。 例 2（中档题） 【题目】为什么用燃着的木条检验氧气含量而不用燃着的蜡烛？ 【分析】 第一步：分析木条与蜡烛的差异。木条较细，燃烧时耗氧量少，对气体中氧气含量的变化敏感；蜡烛较粗，燃烧时耗氧量大，且火焰大，不易观察细微差异。 第二步：分析实验现象的观察难度。木条在氧气含量变化时，燃烧现象变化明显（继续燃烧 vs 熄灭）；蜡烛在氧气含量变化时，现象变化不如木条明显。 【解答】 用燃着的木条检验氧气含量而不用燃着的蜡烛，原因有二：①木条耗氧量少，对氧气含量变化敏感；②木条燃烧现象变化明显（继续燃烧或熄灭），易于观察判断。蜡烛耗氧量大，现象变化不明显，不适合用于氧气含量的对比检验。 【反思】 本题考查实验器材选择的科学性。选择实验器材时，需考虑器材对变量变化的敏感度和现象观察的清晰度。这是对比实验设计的重要原则。 例 3（拓展题） 【题目】如果在太空中燃烧蜡烛，会产生与地球上不同的现象吗？为什么？ 【分析】 第一步：分析地球上蜡烛燃烧的条件。地球上蜡烛燃烧时，热气体上升，冷空气补充，形成对流，火焰呈泪滴形。 第二步：分析太空中的环境差异。太空中没有重力（微重力环境），热气体不会上升，无法形成对流，蜡烛燃烧产生的二氧化碳会包围火焰，氧气难以补充。 【解答】 在太空中燃烧蜡烛，会产生与地球上不同的现象。太空中微重力环境下，热气体不会上升，无法形成对流，火焰呈球形而非泪滴形；同时，燃烧产生的二氧化碳包围火焰，氧气难以补充，蜡烛会很快熄灭。这说明燃烧需要氧气持续供应，对流是地球上氧气补充的重要方式。 【反思】 本题是拓展题，考查燃烧条件与环境因素的关系。同学们要认识到：燃烧不仅需要氧气，还需要氧气能持续到达可燃物表面。地球上重力驱动的对流是氧气补充的重要机制，太空中缺乏这一机制，燃烧现象完全不同。这种“环境因素影响化学变化”的思维，是学习化学重要的能力。 七、课后习题 下列 5 道课后习题，覆盖现象解释、实验设计、推理判断三类，请独立完成。难度用星级标注（★基础，★★中档，★★★拓展）。答案与解析见第八节。 练习 1（★ 基础题 · 现象解释） 下列关于人体吸入与呼出气体的说法，正确的是（ ）。 A. 吸入与呼出气体完全相同 B. 呼出气体中氧气含量比吸入气体高 C. 呼出气体中二氧化碳含量比吸入气体高 D. 呼出气体中水蒸气含量比吸入气体少 练习 2（★ 基础题 · 实验设计） 如何用实验证明呼出气体中二氧化碳含量比吸入气体高？请简要写出实验步骤和预期现象。 练习 3（★★ 中档题 · 推理判断） 某同学用燃着的木条伸入一瓶气体中，木条熄灭。由此推断这瓶气体中氧气含量很低。这个推断是否正确？为什么？ 练习 4（★★ 中档题 · 现象解释） 判断下列说法是否正确，并简要说明理由： “呼出气体中氧气含量很低，所以呼出气体不能支持燃烧。” 练习 5（★★★ 拓展题 · 实验设计） 某同学想验证“植物光合作用能产生氧气”，请你设计一个简短的实验来验证这一结论，并说明实验现象与结论的关系。要求：重点说明实验思路，无需写出完整器材清单。 八、答案与解析 课后习题答案 练习 1 答案 答案：C。解析：A 错误，吸入与呼出气体不同；B 错误，呼出气体中氧气含量比吸入气体低；C 正确，呼吸产生二氧化碳，呼出气体中二氧化碳含量比吸入气体高；D 错误，呼出气体中水蒸气含量比吸入气体多。故选 C。 练习 2 答案 答案：实验步骤：①用两支注射器分别抽取等量澄清石灰水；②分别注入等量吸入气（空气）与呼出气体；③振荡后观察石灰水变浑浊的程度。预期现象：注入呼出气体的石灰水明显变浑浊，注入吸入气的石灰水无明显变化或微浑浊。结论：呼出气体中二氧化碳含量比吸入气体高。 练习 3 答案 答案：不完全正确。解析：木条熄灭说明该气体不能支持木条燃烧，可能是氧气含量很低，也可能是该气体本身不支持燃烧（如二氧化碳、氮气等）。因此，仅凭木条熄灭不能确定氧气含量很低，还需排除其他不支持燃烧的气体。 练习 4 答案 答案：错误。解析：呼出气体中氧气含量比吸入气体明显减少，但并非完全不含氧气。吸入气中氧气约占 21%，呼出气中氧气含量大大降低，因此燃着的木条在呼出气体中会熄灭。但呼出气体中仍含有少量氧气，仍能支持某些燃烧（如蜡烛可继续燃烧片刻）。“呼出气体完全不能支持燃烧”的说法是错误的。 练习 5 答案 答案：思路：取一株水生植物（如金鱼藻）放入烧杯中，罩上漏斗和试管，置于阳光下照射。若试管内收集到气体，用带火星的木条检验，木条复燃，则说明该气体是氧气，证明植物光合作用能产生氧气。现象与结论的关系：光合作用产生氧气，氧气能支持燃烧，所以带火星的木条复燃直接证明产生了氧气。 九、拓展阅读 呼吸道中的气体交换 人体的呼吸是一个奇妙的化学过程。我们通过呼吸完成气体交换，维持生命活动。呼吸包括吸入和呼出两个过程，每个过程都伴随着气体的变化。 当我们吸气时，空气通过鼻腔、咽喉、气管、支气管进入肺泡。肺泡是气体交换的主要场所，它的壁很薄，周围布满毛细血管。氧气通过肺泡壁进入血液，与血红蛋白结合，被运送到全身各处；同时，血液中的二氧化碳通过肺泡壁进入肺泡，准备被呼出。 当我们呼气时，含有较多二氧化碳和水蒸气的气体从肺泡排出，经过支气管、气管、咽喉、鼻腔呼出体外。这就是为什么呼出气体中氧气含量比吸入气体少，二氧化碳和水蒸气含量比吸入气体多的原因。 呼吸过程体现了化学与生命科学的紧密联系。人体每时每刻都在进行着化学反应——氧气参与氧化分解食物，释放能量；二氧化碳是这些反应的产物。没有呼吸，就没有生命。学好化学，能帮助我们更好地理解生命现象，关爱健康。 【中国古代对呼吸的认识】我国古代医学家对呼吸与健康的关系早有深刻认识。《黄帝内经》中记载“呼吸精气，独立守神”，强调呼吸对养生的重要性；古代的“吐纳”养生术，通过调节呼吸来调节体内气血运行，体现了古人对气体交换与生命活动关系的朴素认知。这些成就展现了中华民族的智慧，也为现代呼吸健康研究提供了启示。 【阅读思考】请结合上述阅读内容，思考并回答以下问题： 1. 请说明肺泡在气体交换中的作用，以及为什么肺泡壁很薄。 2. 请查阅资料，列举一种影响呼吸健康的因素（如吸烟、空气污染等），并说明其化学原理。 十、自我反思 本课时讲义完成后，以化学教研组长的身份对其进行了审视。整体结构完整，覆盖了教学目标、教学重难点、情境导入、提出问题与假设、实验设计、实验记录单、注意事项与应急处理、例题精讲、课后习题、拓展阅读、答案与解析、自我反思十二个部分，符合九年级化学启蒙阶段的对比实验探究教学要求。下面指出 3 处可改进点并主动修订。 审视点 1：对比实验设计可进一步强调“控制变量” 问题：现有实验设计部分介绍了对比实验的思想，但未明确强调“控制变量”的方法——即每次只改变一个条件，其他条件保持相同。部分学生可能不理解为什么石灰水要“等量”、气体要“等量”。 修订建议：在实验设计部分增加“控制变量法”的明确说明：对比实验中，每次只改变一个条件（如吸入气 vs 呼出气），其他条件必须保持相同（如石灰水量、气体量、振荡时间等）。这样才能确保现象差异是由改变的条件引起的，而不是其他因素。这样可以帮助学生理解对比实验的严谨性。 审视点 2：实验记录单可增加“实验条件”栏目 问题：现有实验记录单只有“实验步骤、假设、现象、结论”四栏，缺少“实验条件”栏目。学生可能忽略控制变量的记录，不利于培养严谨的实验习惯。 修订建议：在实验记录单中增加“实验条件”栏目，记录气体量、石灰水量、玻璃片干燥程度等控制变量。例如：“石灰水 10 mL、气体 50 mL、振荡 3 次”。这样可以帮助学生养成记录实验条件的习惯，体会对比实验的严谨性。 审视点 3：拓展阅读可增加呼吸健康实例 问题：现有拓展阅读介绍了呼吸道中气体交换的原理，但缺少与学生日常生活相关的呼吸健康实例，如运动时呼吸加快、深呼吸的好处等，可能影响学生的代入感。 修订建议：在拓展阅读中增加 1-2 个呼吸健康实例。例如：“运动时，人体需要更多能量，氧气消耗加快，所以呼吸会加快加深，吸入更多氧气；深呼吸能增加肺泡通气量，促进气体交换，有助于放松身心。”这样的实例能让学生感受化学与生活的联系，激发学习兴趣。 教研组长总结 本课时讲义整体结构完整，覆盖了教学目标、教学重难点、情境导入、提出问题与假设、实验设计、实验记录单、注意事项与应急处理、例题精讲、课后习题、拓展阅读、答案与解析、自我反思十二个部分，符合九年级化学启蒙阶段的对比实验探究教学要求。 讲义严格遵循人教版 2024 版教材的术语规范与《义务教育化学课程标准（2022 年版）》的核心素养要求，教学目标以四大核心素养为导向；重点突出了“对比实验”的设计思想——同一变量、对比不同条件；三个对比实验完整呈现了氧气、二氧化碳、水蒸气含量的检验方法；实验记录单包含假设、现象、结论三栏；安全提醒充分；未引入超纲内容（如化学方程式、元素符号），所有物质均用中文名称指代，符合第一单元的教学定位。 建议在后续使用中，根据学生的实际反馈，对对比实验的“控制变量”方法、实验记录单的“实验条件”栏目、拓展阅读的呼吸健康实例进行持续优化，使讲义更加贴近学生的学习需求。 学科网（北京）股份有限公司 $