THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỖ TRỢ QUANG HỢP CHO CÂY RONG ĐUÔI CHÓ THÔNG TIN DỰ ÁN Nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống hỗ trợ quang hợp cho cây Rong đuôi chó” – Bể chứa kích thước 18cm x 10cm x 13cm, chứa 1,5 lít nước[.]
THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỖ TRỢ QUANG HỢP CHO CÂY RONG ĐI CHĨ THƠNG TIN DỰ ÁN Nhiệm vụ: “Thiết kế hệ thống hỗ trợ quang hợp cho Rong chó” – Bể chứa kích thước 18cm x 10cm x 13cm, chứa 1,5 lít nước với mật độ Rong chó 10 cây/1,5 lít nước – Sản phẩm cần đạt tiêu chí hiệu hoạt động (đánh giá thơng qua sinh trưởng Rong chó), thời gian chiếu sáng, lượng CO cung cấp, hình thức chi phí Để thực dự án này, HS cần tìm hiểu kiến thức mơn học Sinh, Lý, Hóa sử dụng kiến thức tính tốn (Tốn học), lắp ráp kĩ thuật (Kĩ thuật): Mơn Bài Phân phối chương trình Nội dung sử dụng chủ đề Sinh học Bài 10: Ảnh hưởng 11 nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp tiết I: Ánh sáng II: Nồng độ CO2 Vật lý 11 Bài 7: Dịng điện khơng đổi Nguồn điện tiết Chương V: Pin Acquy Bài 9: Định luật Ơm tồn mạch tiết Các cơng thức tính tốn Bài 10: Ghép nguồn điện thành tiết Toàn tiết Phần B – Carbon đioxit Hóa học Bài 16: Hợp chất Carbon 11 KẾ HOẠCH TRIỂN KHAI Hoạt động Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ dự án Thời gian 7/8 Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức 7/8 Hoạt động 3: Đề xuất phương án thiết kế sản phẩm 7–12/8 Hoạt động 4: Báo cáo phương án thiết kế 13/8 Hoạt động 5: Chế tạo, thử nghiệm sản phẩm 13–27/8 (dự kiến, thay đổi) Hoạt động 6: Triễn lãm, giới thiệu sản 30/8 (dự kiến, thay đổi) phẩm, báo cáo kết Học sinh tự tiến hành thí nghiệm để ghi nhận thơng tin cần thiết Kết thí nghiệm dùng làm sở xây dựng bảo vệ phương án.Nhóm thực đánh giá: Nhóm đánh giá: Phiếu đánh giá số Bảng tiêu chí đánh giá thiết kế sản phẩm (điểm lẻ đến 0,5đ) Tiêu chí Điểm tối đa Bản vẽ mạch điện phận đèn vẽ phận cung cấp CO2 rõ ràng, nguyên lí Bản vẽ thiết kế kiểu dáng rõ ràng, sáng tạo, khả thi Trình bày ngắn gọn, xúc tích sở thiết kế hệ thống Giải thích rõ nguyên lí hoạt động hệ thống Trình bày rõ ràng, logic, sinh động Bảo vệ phương án thiết kế Tổng điểm 10 Nhận xét, góp ý cho nhóm bạn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… .……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Câu hỏi dành cho nhóm bạn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Nhóm thực đánh giá: Nhóm đánh giá: Phiếu đánh giá số Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm (điểm lẻ đến 0,5đ) Tiêu chí Điểm tối đa Thiết kế hệ thống hỗ trợ quang hợp gồm phận: phận đèn phận cung cấp CO2 đảm bảo tính an tồn, khoa học Bộ phận đèn gồm tối thiểu 10 bóng đèn LED 2V, thời gian chiếu sáng tối thiểu liên tục 6h Bộ phận cung cấp CO2 trì lượng CO2 cung cấp tối thiểu 20 mg/l thời gian liên tục 6h Hệ thống hỗ trợ quang hợp bố trí hợp lý, có tính thẩm mĩ, gọn nhẹ, dễ lắp ráp Sử dụng vật liệu tái chế, chi phí chế tạo chi phí trì hệ thống tiết kiệm Bài báo cáo chứng minh hiệu hoạt động hệ thống thông qua số liệu về: gia tăng sinh khối (hoặc gia tăng kích thước), mọc chồi, tạo nhánh mới, … Rong chó theo dõi tối thiểu 10 ngày biện luận kết nhóm Trình bày ngắn gọn, rõ ràng, logic, sinh động Tổng điểm 10 Nhận xét, góp ý cho nhóm bạn: .……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Câu hỏi dành cho nhóm bạn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Họ tên học sinh đánh giá: Nhóm: Phiếu đánh giá số Bảng tiêu chí đánh giá q trình tham gia dự án Nội dung đánh giá Đầy đủ Tham gia buổi họp nhóm Thường xun Một vài buổi Khơng buổi Tích cực Tham gia đóng góp ý kiến Thường xuyên Thỉnh thoảng Khơng Học sinh tự đánh giá Nhóm đánh giá Ln ln Hồn thành cơng việc Thường xun nhóm giao Thỉnh thoảng thời hạn Khơng Ln ln Hồn thành cơng việc Thường xun nhóm giao có Thỉnh thoảng chất lượng Khơng Ln ln Có ý tưởng hay sáng Thường xun tạo đóng góp Thỉnh thoảng cho nhóm Khơng Nhóm trưởng Vai trị nhóm Thư ký Thành viên NHẬN XÉT, KẾT LUẬN: Phiếu học tập số Bảng phân cơng nhiệm vụ Tên nhóm:………………………………………… Vị trí Mơ tả nhiệm vụ Tên thành viên Nhóm trưởng Quản lí thành viên nhóm, triển khai hoạt động, điều khiển thảo luận, đơn ……………………………… đốc thành viên nhóm Thư kí Ghi chép, lưu trữ hồ sơ học ……………………………… tập dự án nhóm Thành viên ……………………………… Thành viên ……………………………… Thành viên ……………………………… Thành viên ……………………………… Thành viên ……………………………… Thành viên ……………………………… Phiếu học tập số Bản ghi chép đối tượng Rong chó Thơng tin đối tượng Rong chó Đặc điểm sinh trưởng: ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………… Điều kiện sống: ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………… Trồng chăm sóc: ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………… Nguồn tài liệu tham khảo https://tropica.com/en/plants/plantdetails/Egeriadensa(058BDT)/4506 https://media.vwr.com/emdocs/docs/scied/Elodea.pdf Phiếu học tập số Bộ câu hỏi định hướng Hệ thống hỗ trợ quang hợp tác động đến khía cạnh để tăng hiệu suất quang hợp? Hệ thống hỗ trợ quang hợp nên có thành phần nào? Những nhân tố ngoại cảnh khác cần kiểm soát để chứng minh tính hiệu hệ thống? Dựa vào tiêu chí để đánh giá hiệu suất q trình quang hợp Rong chó? Việc ghi nhận số liệu, tính tốn, so sánh kết cần thực để chứng minh tính hiệu hệ thống? Các yếu tố cần giữ khơng đổi q trình đánh giá hiệu hoạt động hệ thống? Phiếu học tập số Bảng theo dõi sinh trưởng Rong chó Kích thước bể: …………………………………………………………………………… …… Lượng nước: …………………………………………………………………………… ……… Mật độ Rong: …………………………………………………………………………… …… Nhiệt độ nước: …………………………………………………………………………… …… pH nước: …………………………………………………………………………… ………… Nơi đặt bể: …………………………………………………………………………… ………… Bể đối chứng Thời gian Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Kích thước Số chồi Số nhánh Bể có hệ thống hỗ trợ quang hợp Kích thước Số chồi Số nhánh Sự tăng trưởng trung bình TÀI LIỆU HỖ TRỢ HỌC SINH Quá trình quang hợp – Quang hợp trình sử dụng lượng ánh sáng mặt trời diệp lục hấp thụ để tổng hợp cacbohiđrat giải phóng oxi từ khí Carbonic nước + Phương trình quang hợp tổng quát: ASMT 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Diệp lục – Dựa phương trình quang hợp, nhân tố ánh sáng (điều kiện) CO2, H2O (nguyên liệu) ảnh hưởng mạnh đến trình quang hợp – Đối với đối tượng thực vật thủy sinh rong chó, muốn tăng hiệu suất quang hợp cần tác động đến ánh sáng CO2 – Các nhân tố ánh sáng CO2 ảnh hưởng đến quang hợp: + Nồng độ CO2: Quang hợp tăng tỉ lệ thuận với nồng độ CO trị số bão hịa CO2, ngưỡng cường độ quang hợp giảm + Cường độ ánh sáng: Khi nồng độ CO2 tăng, tăng cường độ ánh sáng cường độ quang hợp tăng nhanh Điểm bù ánh sáng: cường độ ánh sáng để cường độ quang hợp cường độ hơ hấp Điểm bão hịa ánh sáng: cường độ ánh sáng để cường độ quang hợp đạt cực đại + Quang phổ ánh sáng: Các tia sáng có bước sóng khác ảnh hưởng đến cường độ quang hợp không giống Quang hợp đạt cực đại miền tia đỏ tia xanh tím 2 Carbon dioxide (CO2) Tên thường gọi: Khí carbonic Công thức phân tử: CO2, phân tử khối: 44 Cấu tạo phân tử – Công thức cấu tạo: O = C = O – Các liên kết C=O phân tử CO2 liên kết cộng hóa trị có cực có cấu tạo thẳng nên CO2 phân tử khơng phân cực Tính chất vật lí – CO2 là khí khơng màu, khơng mùi, nặng khơng khí (dCO2/kk = 44/29) Người ta rót khí CO2 từ cốc sang cốc khác CO2 khơng trì sống cháy – Ở nhiệt độ thường, áp suất 60 atm CO hóa lỏng Làm lạnh đột ngột – 76oC, CO2 hóa rắn gọi “nước đá khơ” khơng nóng chảy mà thăng hoa, dùng tạo môi trường lạnh khô để bảo quản thực phẩm – Là chất gây nên hiệu ứng nhà kính, làm trái đất bị nóng lên Vì việc hạn chế khí thải CO2 trở thành vấn đề quan tâm tồn cầu Cơ quan Khí tượng Anh vừa cảnh báo mức độ CO2 khí năm 2019 dự báo tăng lên gần đạt mức kỷ lục Sự gia tăng thúc đẩy tình trạng tiếp diễn đốt nhiên liệu hóa thạch nạn phá rừng, đặc biệt, lượng CO2 năm tăng cao tượng thời tiết El Nino dự kiến trở lại – biến đổi khí hậu tự nhiên gây tình trạng ấm khơ vùng nhiệt đới, đồng nghĩa với việc hạn chế tăng trưởng loài thực vật loại bỏ CO2 khỏi khơng khí Theo báo cáo trước Ủy ban Liên phủ biến đổi khí hậu Liên hợp quốc (IPCC), nước thực nghiêm túc lộ trình giảm 50% lượng khí CO2 vào năm 2030, xuống mức 0% đến năm 2050 cam kết khơng có thêm khí phát thải kiềm chế mức tăng nhiệt độ Trái Đất ngưỡng an tồn 1,5 C Tính chất hóa học a) Tác dụng với nước – Khi tan nước, CO2 tạo thành dung dịch carbonic acid CO2(k) + H2O (dd) H2CO3 (dd) b) Tác dụng với dung dịch base CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O CO2 + NaOH → NaHCO3 Tùy thuộc vào tỉ lệ số mol CO2 NaOH mà tạo muối trung hòa, muối acid hay muối c) Tác dụng với oxide base CO2 + CaO → CaCO3 Như vậy, CO2 có tính chất oxide acid Ứng dụng Khí CO2 khơng cháy khơng trì cháy nhiều chất, nên người ta dùng để dập tắt đám cháy CO2 dùng bảo quản thực phẩm, sản xuất nước giải khát có gas, phân đạm, Điều chế a)Trong phịng thí nghiệm – Khí CO2 thường điều chế cách cho dung dịch HCl tác dụng với đá vôi CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O b)Trong công nghiệp CaCO3 → CaO + CO2 C + O2 → CO2 2CO + O2 → 2CO2 c) Trong đời sống hoạt động trải nghiệm khoa học, để điều chế CO người ta thường dùng giấm ăn (acetic acid – CH 3COOH) muối như: NaHCO3 (hidrocarbonate) baking soda, CaCO3 đá vôi, phấn viết bảng, vỏ trứng… Pin điện hóa Nguồn điện thiết bị dùng để tạo trì dòng điện Các đại lượng đặc trưng cho nguồn điện: suất điện động ξ , điện trở r Hiệu điện điện hoá: Nếu kim loại tiếp xúc với dung dịch điện phân mặt kim loại dung dịch điện phân xuất hai loại điện tích trái dấu, tạo hiệu điện gọi hiệu điện điện hố Hiệu điện điện hố có độ lớn dấu phụ thuộc vào chất kim loại, chất nồng độ chất điện phân 4 Pin điện hóa: ta nhúng hai kim loại khác loại dung dịch chất điện phân, hai có hiệu điện định, sở chế tạo pin điện hoá Cấu tạo nguyên tắc hoạt động pin điện hoá – Dung dịch điện phân: axit, bazơ, muối,… – Cặp kim loại khác nhau, chất kim loại dung dịch điện phân ảnh hưởng đến giá trị hiệu điện điện hố, từ tác động đến suất điện động pin điện hoá Chọn cặp kim loại dung dịch cho có hiệu điện lớn Ví dụ: Dung dịch H S O4 , cặp kim loại kẽm đồng H S O4 → H +¿+ ( S O 4) 2−¿¿ ¿ Ion kẽm bị kéo vào dung dịch, kẽm ion dương nên mang điện âm Zn→ Z n2+ ¿+2 e ¿ Ion H +¿¿ đến cực đồng nhận electron tạo thành khí 2H H2 thoát +¿+2 e→ H ↑ ¿ Cực đồng electron nên mang điện dương Điện trở pin điện hóa tăng theo thời gian cường độ dòng điện tạo giảm dần đến hoàn toàn Việc ghép nguồn điện thành theo song song hay nối tiếp tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng – Bộ nguồn ghép nối tiếp: suất điện động điện trở nguồn ghép nối tiếp tăng, tổng suất điện động điện trở nguồn – Bộ nguồn ghép song song: suất điện động nguồn suất điện động nguồn, nhiên giá trị điện trở giảm MỘT SỐ LƯU Ý KHI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG Hệ thống đèn: Chọn bóng đèn phù hợp: a Màu sắc: sử dụng nhiều đèn với nhiều màu khác tùy vào yếu tố quang hợp mong muốn b Loại đèn: nên chọn đèn có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp, khó vỡ c Cơng suất: nên chọn đèn có cơng suất vừa phải pin có dịng điện thấp khơng ổn định, nên lắp nhiều đèn cơng suất nhỏ Chọn kim loại: a b Phải sử dụng kim loại tái chế (kẽm thừa, dây điện vụn, đinh sắt bỏ,…) Bảng điện cực chuẩn: https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BA%A3ng_gi%C3%A1_tr%E1%BB %8B_th%E1%BA%BF_%C4%91i%E1%BB%87n_c%E1%BB%B1c_chu %E1%BA%A9n c Chọn kim loại điện dương kim loại điện âm, hiệu điện lớn tốt Chọn dung dịch: a b c Dung dịch dễ tìm, giá thành rẻ, khơng cần liều lượng số lượng lớn An toàn cho người rong Gợi ý: muối, chanh, giấm,… thể trộn hết lại Hộp đựng: cách nhiệt, cách điện tốt, dễ tìm, bảo quản lâu, khơng bị ẩm mốc (tiếp xúc với nước), khó cháy (lỡ chập điện) Hệ thống sục khí CO2 Điều chế khí CO2 đảm bảo cho q trình quang hợp xảy ra; biết cách thu dẫn khí CO2 Lưu ý: cần tính tốn lượng tác chất cần sử dụng để tạo lượng CO cần dùng Đặc biệt lưu ý vấn đề hiệu suất phản ứng để giảm thiểu sai số tính tốn Hệ thống điều chế dẫn khí cần đơn giản (có thể trang trí thêm theo ý nhóm), dễ vận chuyển Sử dụng nguyên liệu gần gũi dễ tìm kiếm đời sống, thân thiện với môi trường (lưu ý nồng độ dung dịch giấm sử dụng) Lưu ý đến tốc độ phản ứng (không q nhanh khơng q chậm): điều khiển việc thay đổi nồng độ CH3COOH giấm kích thước vật liệu chứa muối carbonate, hidrocarbonate Thời gian lượng khí CO2 sinh có đủ cho phản ứng quang hợp hay khơng? (có thể đo thời gian từ lúc bắt đầu có khí CO sinh đến bọt khí khơng nữa, từ điều chỉnh lượng phấn giấm cho phù hợp với lượng CO cần điều chế ra) Đảm bảo an tồn q trình điều chế khí CO2 Tính tốn áp suất gây khí CO2 tạo thành MỘT SỐ LƯU Ý KHI BÁO CÁO PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Yêu cầu báo cáo phương án thiết kế kế sản phẩm hệ thống đèn cần nêu rõ ràng đầy đủ ý sau: Đối với bóng đèn: a Nêu rõ loại bóng đèn (màu, loại), thơng số bóng (U, I, P), số bóng đèn, cách mắc b Nêu rõ hiệu điện thế, cường độ dòng điện cần để thắp sáng, điện trở bơ bóng đèn c Bóng lắp nào, đâu? Đối với thiết kế pin: a Sử dụng kim loại gì? Tính tái chế lại dùng cặp kim loại đó? b Sử dụng dung dịch gì? Nồng độ dung dịch (bao nhiêu chất chất kia) c Pin mắc nào? Tại sao? d Hộp đựng thiết kế nào, vật liệu gì, đặt đâu? Đối với chức pin: a Nêu rõ hiệu điện thế, cường độ dịng điện, điện trở bơ pin b Thời lượng pin tối thiểu bao nhiêu? Tối đa bao nhiêu? c Khi pin hết phải làm gì? Bản vẽ thiết kế mơ hình pin, ghi đầy đủ (hộp pin, dung dịch, kim loại xếp nào) Bản vẽ thiết kế lắp đặt pin (hộp pin, bóng đèn, hồ rong xếp nào) Yêu cầu báo cáo phương án thiết kế kế sản phẩm hệ thống cấp khí CO2 cần nêu rõ ràng đầy đủ ý sau: Bản thiết kế cần có đầy đủ dụng cụ, hóa chất, nắm rõ quy tắc hoạt động ... Điểm bù ánh sáng: cường độ ánh sáng để cường độ quang hợp cường độ hơ hấp Điểm bão hịa ánh sáng: cường độ ánh sáng để cường độ quang hợp đạt cực đại + Quang phổ ánh sáng: Các tia sáng có... chồi Số nhánh Bể có hệ thống hỗ trợ quang hợp Kích thước Số chồi Số nhánh Sự tăng trưởng trung bình TÀI LIỆU HỖ TRỢ HỌC SINH Quá trình quang hợp – Quang hợp trình sử dụng lượng ánh sáng mặt trời... trình quang hợp – Đối với đối tượng thực vật thủy sinh rong chó, muốn tăng hiệu suất quang hợp cần tác động đến ánh sáng CO2 – Các nhân tố ánh sáng CO2 ảnh hưởng đến quang hợp: + Nồng độ CO2: Quang