氣泡蒸騰計

 觀察以下裝置:

                                                  

有關實驗裝置的問題:

1.      以上的實驗裝置名稱是甚麼?

2.      以上的實驗裝置的目的是甚麼?

3. 試說明以上實驗裝置的原理。

4. 要達到以上實驗裝置的目的，需要甚麼假設(assumption)?

5. 中間的貯水器有甚麼功能?

6. 如實驗結束後，氣泡沒有移動的話，試估計可能出錯的地方?

7. 如實驗結束後，氣泡向右(燒杯方向)移動的話，試估計可能出錯的地方?

8. 如何裝置時不停漏水，試估計可能的原因。

9. 以上實驗裝置其實準確無法量度一株植物的蒸騰速率，為甚麼?

10.如何弄一個氣泡入管內?

11. 把帶葉枝條放在管Z時，如何可確保密封?

12. 處理帶葉枝條時，要注意甚麼步驟，以確保枝條能吸水?

12. 以下哪項能提高量度該帶葉枝條吸水速率的準確性？

(1)   用較窄的管代替管X

(2)   用較窄的管代替管Y

(3)   用較短的管代替管Z

 

其他相關問題:

1.      如真正量度植株的蒸騰速率，其實使用重量計便更佳。但如要比較不同環境因素對蒸騰速率的影響，以上氣泡蒸騰計反而更佳。試加以解釋。

2.      正常來說，植物的吸水率一定要高於失水率。為甚麼?

3.      如真的使用以上裝置量度失水率，量度出來的失水率遠較實際少。為甚麼?

4.      如何裝置一實驗以量度一盆栽的失水速率?

 

 

建議答案如下:

有關實驗裝置的問題:

1.      以上的實驗裝置名稱是甚麼?

答: 氣泡蒸騰計

2.      以上的實驗裝置的目的是甚麼?

答: 比較不同環境因素對植物蒸騰速率的影響。

備註: 雖然許多時會說氣泡蒸騰計的作用是量度蒸騰速率，但實際上僅用以比較是可以的。因為植株沒有根部，吸水速率較較正常少。

3. 試說明以上實驗裝置的原理。

   答: 水分從植株葉片散失，

產生蒸騰拉力，水分沿植物莖部向上運送，使水分自植株底部進入，

裝置內的水分向植株底部移動，使管內氣泡亦跟著移動，

可利用氣泡移動的速率作為植株蒸騰速率的指標。

備註: 根據以上原理，制訂實驗步驟。（參考最後的資料）

3.      要達到以上實驗裝置的目的，需要甚麼假設(assumption)?

植物失水速率與吸水速率存在一定的比例。

備註: 如寫: 失水速率=吸水速率 也勉強可以。

4.      中間的貯水器有甚麼功能?

答: 可用以把氣泡推回原來位置，以便重做實驗。

解: 扭開開關時，貯水器的水向下流動，使氣泡向管口位置移動，重回實驗開始時的位置，可重複實驗。不應祇列出讓水分流動! 如果祇是做一次的話，便不需要貯水器。但一般來說，實驗是不會做一次的，會做很多次，取平均數值。

5.      如實驗結束後，氣泡沒有移動的話，試估計可能出錯的地方?

答：氣泡體積太大，附著管壁，使氣泡不易隨水移動。

或 植株底部阻塞，水分無法進入。

6.      如實驗結束後，氣泡向左移動的話，試估計可能出錯的地方?

答： 接口位置漏氣，包括植株位置、貯水器或膠管接駁位

7.      如何裝置時不停漏水，試估計可能的原因。

答： 接口位置漏氣情況極嚴重。如果是植株位置的話，那是實驗者的操作技巧問題。如是貯水器或膠管接駁位，則可能儀器損壞。

9. 以上實驗裝置其實準確無法量度一株植物的蒸騰速率，為甚麼?

   答： 蒸騰速率受多種外在及內在因素決定，包括根的多少，部份水分亦會被植物使用，因此吸水速率不相等於吸水速率。

備註: 僅用以比較是可以的。

10.如何弄一個氣泡入管內?

          答：於玻管末端輕按一段時間，便可能把一個氣泡放進去，然後再把玻管末端放回水中。

11. 把帶葉枝條放在管Z時，如何可確保密封?

          答：用封口膜好好密封(要適當技巧)或用凡士林塗在接口位置。處理時先把管內注滿水，並密封末端。

12. 處理帶葉枝條時，要注意甚麼步驟，以確保枝條能吸水?

          答: 於水中用鋒利的刀片於枝條末端斜斜切割。

          解: 如於空氣中處理的話，空氣可能進入木質部，阻塞木質導管。當然，空氣亦可能溶於水，未必會阻塞。用鋒利刀片切割更重要，這樣做切口會較齊整，木質導管的開口較不易阻塞。

12. 以下哪項能提高量度該帶葉枝條吸水速率的準確性？

(1)   用較窄的管代替管X

(2)   用較窄的管代替管Y

(3)   用較短的管代替管Z

   答: 使用以上氣泡蒸騰計時，是使用氣泡移動的速率來計算的。而氣泡移動的刻度是於管X位置的，因此用較窄的管X才有效。較窄的話，氣泡會較細小，距離的距離便較大，較易觀察。

 

其他相關問題:

1.      量度植株的蒸騰速率，其實使用重量計便更佳。但如要比較不同環境因素對蒸騰速率的影響，以上氣泡蒸騰計反而更佳。試加以解釋。

答: 使用重量計的好處是容易操作及量度，但實驗所需時間較長。氣泡蒸騰計裝置有些困難，但量度氣泡移動速率所需時間短得多。

2.      正常來說，植物的吸水率一定要高於失水率。為甚麼?

答: 吸水率高於失水率，代表植物需要消耗一定的水分。水是植物進行光合作用所需原料之一，進行光合作用時會把水分解成氧及氫，然後用以制造食物，以便植物進行生長之用。

3.      如真的使用以上裝置量度失水率，量度出來的失水率遠較實際少。為甚麼?

答: 以上的帶葉枝條沒有根部，根部分支大，可大大增加吸收水分的表面積。

4.      如何裝置一實驗以量度一盆栽的失水速率?

答: 使用天秤便可以。但要用膠袋包著盆栽，以免水分於泥土表面蒸發掉。

 

附加資料

 

實驗設計原理	相應方法
植株會透過葉片散失水分，	摘取一株帶葉的枝條，
產生蒸騰拉力，水分自植株底部進入，	於水中斜切枝條底部，
水分流向植株底部，使氣泡沿著水流的方向移動，	於水中把枝條插入氣泡蒸騰計內，密封裝置所有接口， 於管口弄一個小氣泡，
因此，氣泡的移動速率可作為散失水分的指標。	一段時間後，量度氣泡移動速率

 

研究酵母菌的缺氧呼吸

以下是某學生學生用以研究酵母菌的缺氧呼吸的裝置。

基本問題: (建議答案在最後)

1.     為找出該混合物會否釋出二氧化碳，以上裝置哪項修改是必需的？試加以解釋。

2.     以上裝置中，石灰水有甚麼用途?

3.     以上裝置中，油層有甚麼用途?

4.     以上裝置中，溫度計有甚麼用途?

5.     以上實驗的對照裝置是如何設置的?作用是甚麼?

6.     以上實驗的自變量是甚麼?

7.     以上實驗的依變量是甚麼?

8.     這實驗的設計原理是甚麼?

9.     如何確保以上裝置中的酶母菌正進行缺氧呼吸而不是需氧呼吸?

10.  如沒有預先煮沸混合液，也沒有加上油層。試估計以上裝置中的酵母菌是否仍會進行缺氧呼吸? 試加以解釋。

11.  甚麼因素會影響以上的缺氧呼吸速率?

12.  一段時間後，混合物內不會再進行缺氧呼吸。試估計其原因。

13.  以上的裝置如何量度缺氧呼吸的速率?

14.  如何改良以上的裝置以便精確地量度不同原料或酵母菌品種的缺氧呼吸速度?

15.  以上的結果，單憑觀察二氧化碳的釋出，其實仍然無法確定裝置中的酶母菌正進行缺氧呼吸抑或需氧呼吸。為甚麼? 哪還要觀察甚麼?

 

 

進階問題:

1.     如不使用石灰水的話，還可用甚麼化學品測試二氧化碳的釋出?

2.     以上的裝置，實際上是釀酒的過程。試根據這過程的認識，列出釀酒時需注意的事項。

3.     不同的啤酒味道，其實並不是源於以上的過程。哪估計不同的啤酒味道是源於甚麼?

4.     以上過程最多祇是釀製啤酒或葡萄酒這些低濃度酒類的方法，而不是高濃度的酒(例如威士忌)。試加以解釋。並指出製造高濃度酒類的額外步驟。

 

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建議答案

基本問題:

1.     為找出該混合物會否釋出二氧化碳，以上裝置哪項修改是必需的？試加以解釋。

答: 管Y必需要抽離油層上。

      解: 酵母菌進行缺氧呼吸產生的二氧化碳，開始時會溶於混合物液體內，如濃度再多的話，二氧化碳會以氣體形式離開油層，如要儘量收集所有離開油層的二氧化碳的話，管Y會不應伸入混合物內，應於油層上方，燒瓶內。二氧化碳經管Y到達含有石灰水的試管，如要把所有二氧化碳注入石灰水測試的話，管便要直伸入石灰水內(如圖所示)。

2.     以上裝置中，石灰水有甚麼用途?

答: 測試二氧化碳。

解: 於生物科的實驗，石灰水的作用一定是測試二氧化碳。注意，是測試二氧化碳而不是吸收二氧化碳! 石灰水本來是透明的，加入二氧化碳後會變成乳濁(奶白色)。不過留意，如過量的話，乳濁的石灰水會變回透明的。因此使用石灰水時不應把裝置放置太久而不觀察。

以上的化學原理不在DSE生物科考核範圍，同學如有興趣知道的話，可認識一下:

石灰水主要成分是氫氧化鈣(CaOH₂)，與二氧化碳反應會生成碳酸鈣(CaCO₃)和水，由於碳酸鈣不溶於水，因此石灰水呈乳濁。如過多二氧化碳的話，則會再生成碳酸氫鈣(Ca(HCO₃)₂)，而碳酸氫鈣可溶於水，因此石灰水又變回透明。

3.     以上裝置中，油層有甚麼用途?

答: 隔絶燒瓶內空氣進入混合物內。

解: 其實是要防止空氣中的氧氣進入混合物，以確保酵母菌沒有氧氣供應，祇能進行缺氧呼吸。雖然油層同時也可以防止混合液的氣體離開，但在這實驗裝置中是防止氧氣進入。氣體進入抑或離開液體，其實視乎兩者的濃度梯度。如二氧化碳不斷於混合液內產生，二氧化碳的壓強太大，仍然可穿過油層離開的。

4.     以上裝置中，溫度計有甚麼用途?

答: 量度混合物中的溫度變化。

解: 留意，不要寫量度溫度，量度溫度是溫度計的功能，不是溫度計於這實驗裝置的功能。如要更準確量度，以上的裝置的燒瓶應被保暖物料覆蓋。

5.     以上實驗的對照裝置是如何設置的?作用是甚麼?

答: 混合物中沒有酵母菌，其他條件保持不變。作用是比較沒有酶母菌情況下，葡萄糖液是否仍有二氧化碳釋出。

解: 設置對照裝置應先看清楚實驗的目的。這實驗是研究酶母菌的缺氧呼吸。對照裝置便應是沒有酶母菌。留意，要說明對照裝置的目的，不要祇寫「用以對照」，應寫清楚比較甚麼情況。原則上所有實驗都需要對照裝置，尤其是不確定結果的裝置，但有些實驗的對照裝置祇是水，結果可預料到，有時便不一定裝置。

6.     以上實驗的自變量是甚麼?

答: 有沒有酶母菌。

解: 自變量是實驗研究我們要控制的變量，於這實驗中，有抑或沒有酶母菌是我們要控制的。

7.     以上實驗的依變量是甚麼?

答: 二氧化碳的釋出速率。以石灰水的乳濁程度作指標。

解: 依變量是實驗中要量度結果的變量。依變量要列得具體一些，例如這實驗，缺氧呼吸的結果其實是要觀察的結果，但要列清楚用的是甚麼指標。這實驗是二氧化碳釋出量或速率，但這仍不夠清楚，因為量度二氧化碳釋出有不同方法，要列明。

8.     這實驗的設計原理是甚麼?

答: 酶母菌進行缺氧呼吸後會釋出二氧化碳，石灰水吸入二氧化碳後，會變得乳濁，因此便可探測酶母菌的缺氧呼吸過程。

      解: 留意，實驗設計原理說明的是實驗使用裝置如何能達到實驗目的。

9.     如何確保以上裝置中的酶母菌正進行缺氧呼吸而不是需氧呼吸?

答: 把葡萄糖液先加熱，排走液體內的空氣，然後冷卻後才再加酵母菌。混合後，於混合液面加上油層，防止空氣進入混合液內。

      解: 加熱可排走液體內的氣體。因此，冰冷的海水，其實可溶解的氧氣是較多的。

10.  如沒有預先煮沸混合液，也沒有加上油層。試估計以上裝置中的酵母菌是否仍會進行缺氧呼吸?試加以解釋。

答: 會。以上裝置是密封設計，氧氣有限。開始時酶母菌會進行需氧呼吸，但隔了一段時間，當瓶內氧氣耗盡，酶母菌便會進行缺氧呼吸。

11.  甚麼因素會影響以上的缺氧呼吸速率?

答:混合液的溫度、酵母菌的數量及葡萄糖液的濃度。

12.  一段時間後，混合物內不會再進行缺氧呼吸。試估計其原因。

答: 葡萄糖已消耗完或產生的酒精濃度過高使酶母菌死亡。

13.  以上的裝置如何量度缺氧呼吸的速率?

答: 以肉眼觀察石灰水的乳濁程度。

解: 其實不太精確的。但如不需要比較不同因素下的缺氧呼吸速率，使用這方法也沒有問題。

14.  如何改良以上的裝置以便精確地量度不同原料或酵母菌品種的缺氧呼吸速度?

答: 使用量度氣壓的裝置，取代肉眼觀察石灰水的乳濁程度。

      解: 有些自動化的數據記錄裝置，可快速地連續量度氣壓的變化，較適合用於比較不同因素下的呼吸速率。

15.  以上的結果，單憑觀察二氧化碳的釋出，其實仍然無法確定裝置中的酶母菌正進行缺氧呼吸抑或需氧呼吸。為甚麼? 哪還要觀察甚麼?

答: 無論需氧呼吸抑或缺氧呼吸，酶母菌皆會釋出二氧化碳。酵母菌的缺氧呼吸會釋出二氧化碳及乙醇，可嘗試嗅嗅是否有乙醇釋出，以確定是否曾進行缺氧呼吸。

解: 留意，觀察不一定祇用眼睛，亦包括人體所有感覺器官，祇是大多數情況下用的是眼睛而已。亦留意，人體骨骼肌進行缺氧呼吸則不會釋出二氧化碳。

 

進階問題:

1.     如不使用石灰水的話，還可用甚麼化學品測試二氧化碳的釋出?

答: 碳酸氫鹽指示劑。

解: 碳酸氫鹽指示劑於不同二氧化碳濃度下呈現的顏色不同，低於0.03%呈紫色; 0.03-0.04%呈紅色而超0.03%呈黃色。不過，肉眼很難觀察二氧化碳濃度有何連續的變化。好處是跟石灰水不一樣，過多二氧化碳的話，不會變回原顏色。

留意，另外兩種化學品，氫氧化鈉及氫氧化鉀溶液，理論上可測試二氧化碳釋出。因為兩者皆可吸入大量二氧化碳而導致重量上升，但重量上升的幅度實際上太細微，不易量度，所以一般是用作吸收二氧化碳而已。

2.     以上的裝置，實際上是釀酒的過程。試根據這過程的認識，列出釀酒時需注意的事項。

答: 過程中釋出熱能及二氧化碳。要及時冷卻過多的熱能，以免酶母菌亡。另外要注意容器內的氣壓，及時釋放過多的二氧化碳，以免容器爆破。

3.     不同的啤酒味道，其實並不是源於以上的過程。哪估計不同的啤酒味道是源於甚麼?

答: 自然源於原材料，包括酶母菌品種及大麥品種。另外亦可能包括額外添加的物質。單單缺氧過程釋出的二氧化碳及乙醇，任何品種都是沒有分別的。

4.     以上過程最多祇是釀製啤酒或葡萄酒這些低濃度酒類的方法，而不是高濃度的酒(例如威士忌)。試加以解釋。並指出製造高濃度酒類的額外步驟。

答: 過高濃度的乙醇會使酶母菌死亡，一般不能超過20%。超出這濃度的話，是用蒸餾法以提高酒精的濃度。留意，蒸餾法不是生物過程。