温室气体温室效应的实验探究

对照进行如图1的实验。从11：20分开始实验，因为这是一天中太阳辐射最强烈的时段，每5分钟记录一次温度计读数，45分钟后，数据的变化极其缓慢。50分钟的数据观测记录如表3所示：

从这组数据可以看出，50分钟后，四组气体的温度都升高了，空气的温差为7.8℃， SO2为8.3℃， CO2为11.8℃，H2为5.9℃。其中CO2、SO2升温较快，体现温室效应， H2升温最慢，但与空气的差异不大。

该实验仪器和方法都比较简单，但最大的问题是多次实验的重复性差，有时甚至数据与上面的结果是相反的，分析可能的原因有：①不同的温度计本身就存在着误差，很难找到初始温度相同的温度计。②不同时间段温度变化的差值本身小，用肉眼读数时存在着的误差相对较大。③读数受环境的影响很大，有时一片云彩遮住阳光，数据就会发生变化。

（2）室外实验，光源为太阳光，温度传感器测量

为了避免温度计之间以及读数时的误差，笔者用温度传感器代替了温度计进行实验，如图2所示。考虑到实验教学的可行性，改进后的实验按照时间的先后顺序分成两组进行，第一组为空气和CO2，12点左右开始实验。第二组为SO2和H2，下午1点左右开始实验。实验结果如图3：

从图中可以看出，第一组中CO2的升温速度略高于空气，第二组中SO2的升温速度明显高于H2，但差异不大。相对于水银温度计，温度传感器显示出的结果更一目了然。但是也存在着一些问题：①由于仪器敏感度的提高，测量的精确度变好，测量的时间不同，环境的影响更明显。如上图中第二组测量时间较晚，阳光开始变弱，外界环境的气温有所变化，对结果有影响。②虽然从图中可以看出不同气体的一些差异，但并不是非常明显，受到外界气温的影响依然很大。

（3）室内实验，光源为红外灯，温度传感器测量

为了克服天气和环境对实验结果的较大影响，更方便学生在课堂中实验，且考虑到温室效应过程中主要吸收是长波红外光，我们用红外灯代替太阳作为光源，在室内进行实验。实验装置如图4所示。

开始时为节省时间，采用两个温度传感器同时测量，但结果发现在红外灯的不同位置、开灯时间不同，温度变化也不同。最后我们先开灯，待温度稳定后，用单个传感器，把集气瓶放在红外灯的同一位置分别测量。同时待温度升高到有明显差异后，撤去光源，让其自然冷却，实验结果如图5：

从实验结果曲线中可以看出，升温速度由快到慢依次是甲烷、二氧化碳、氢气、空气，冷却速度由快到慢依次是空气、氢气、甲烷、二氧化碳。由此可见二氧化碳、甲烷有较明显的温室效应。氢气没有明显的温室效应，温度的升降与空气略有差异，但没有显著差异。

这个实验也说明，实验过程中温度的升高与热传递有关，温度的差异并非由热传递决定，否则氢气温度的变化应该与其他气体有显著差异。可见光照在该实验中起到了决定的作用。

四、结语

温室气体的温室效应实验可以通过实验验证。但实验气体、仪器、方法都需要慎重选择，还要考虑其他方面的影响：

1. 实验影响因素复杂，要尽可能控制条件的一致性

在实验的探究过程中，温室效应模拟实验受到多重因素的共同影响。包括光线的类型和光的强弱，环境温度的高低，放置的位置等。若想使实验现象更明显，结论更具有说服力，应当采取单一变量的方法，尽量控制其他无关变量的一致性。

2. 大气中气体成分和变化复杂，一种气体是否是温室气体要多角度考虑

真实的环境一种气体够不够格当温室气体，除了考虑它是否具有较强吸收红外光的能力外，还应考虑它在大气中的含量和持续的时间。CO2成为人们最为关注的温室气体的原因除了它吸收红外射线的能谱范围在12500-17000nm外，它在空气中的含量相对较高，平均寿命很长，达200年左右。

3. 真实大气温度变化复杂，温室效应产生的原因仍在探索中

采用模型模拟温室效应虽然具有一定的合理性，但是和真实的环境还存在很大的差异。有科学家提出大气温度的持续升高可能的原因是多重的，如地热的影响。也有科学家发现在距今42万年内，地球一共有过四个高温期，其中距今33万年和13万年左右的两个高温期的平均气温明显高于近一万年来的高温期的平均气温。这一发现有力的挑战了“温室效应”理论关于地球气温升高缘于人类和工业活动的观点[9]。

当然温室气体的温室效应实验的探索还是有价值的，这毕竟为学生提供了一条验证温室效应理论的途径，使学生体验科学探究的过程。

参考文献

[1] 薛花亮.模拟温室效应的一种演示实验设计[J]. 物理教学探究，2007，（11）：55-56

[2] 盛华.“温室效应”实验二则 [J]. 中学地理教学参考，2005，1-2

[3] 陆斌.温室气体对气体影响的模拟实验[J].教学仪器与实验，2006，（02）

[4] 谭文生.温室效应模拟实验演示器[J].化学教育，2007，（08）

[5] 全海松，杨士军.用实验证明二氧化碳是一种温室气体[J]. 中学地理教学参考，2005，（09）

[6] 陈锦.对温室效应模拟实验的商榷[J].化学教育，2008，（10）

[7] 戴君虎，晏磊，温室效应及全球变暖研究简介[J].世界环境，2001，（04）：18-21

[8] 何奕工.温室效应气体[J].世界环境，1988，（01）

[9] 高登义.地球有过四个高温期，全球变暖并非温室效应[J].生态经济，2004，（05）

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