燈油幫浦小改造！親手體驗心臟運作的生物科學課
大家好,我是科學教練桑子研。每天都是實驗日!
「撲通、撲通……」在我們的胸腔裡,有一顆器官從出生那一刻起就從未停止工作過,那就是心臟。這個只有拳頭大小的小小器官,竟然每天要把大約40桶油桶份量的血液送往全身,聽起來是不是很驚人呢?課本上寫著「心臟裡有四個腔室和『瓣膜』,可以防止血液逆流」,但光看文字說明,不少國中生還是覺得一頭霧水……
這種時候,就該實驗上場了!其實只要用家裡就有的「某樣東西」,就能親身體驗這個生命幫浦的精密構造,而且還會忍不住讚嘆連連。這次要介紹的,是我和實習老師一起開發的心臟模型實驗,材料就是煤油泵。
煤油泵在Seria、大創這類百元商店都買得到。
血液為什麼只走單行道?用生活小物解開這個謎題!
以體重約50公斤的成人來說,體內流動的血液量大約是4公升。
相對地,心臟每跳動一次,擠出的血液量大約是60到80毫升。假設以70毫升計算,每分鐘心跳80次(一般認為介於60到100次之間),那麼心臟一天送出的血液量就可以這樣計算:
70毫升 × 80次/分 × 60分 × 24小時
70 × 80 = 5,600毫升(每分鐘)
5,600 × 60 = 336,000毫升(每小時)= 336公升
336 × 24 = 8,064公升
也就是說,心臟一天送出的血液量,竟然高達8,000公升左右!
明明體內的血液只有短短4公升,送出去的量卻是它的2,000倍。造成這個巨大落差的原因,就在於「血液會在體內一圈又一圈地不斷循環」這個事實。心臟並不是不斷製造新血液,而是讓有限的血液,拚了命地反覆循環而已。
如果把煤油泵想像成心臟,你就會注意到泵裡那個小小的「瓣膜」扮演了什麼角色。而這正是理解心臟運作方式的關鍵所在。
實驗準備:在百元商店打造你的生命幫浦
要準備的東西非常簡單,家裡或百元商店就能輕鬆湊齊。
【準備物品】
- 煤油泵(2種):
- 把裡面的瓣膜拆掉的
- 瓣膜保持原樣不動的
- 水和食用色素(用紅色水來模擬血液)
- 透明燒杯或容器(方便觀察血液流動)
- 接水盤或毛巾(避免弄濕桌面)
【實驗步驟】
先在容器裡準備好用食用色素染成紅色的「血液水」。首先,試著操作拆掉瓣膜的泵,觀察看看會發生什麼事。
→ 不管是壓下去還是拉起來,水都會從兩邊的管子一下跑出來、一下又跑進去……這樣血液根本沒辦法巡迴全身。接著,用同樣的方式操作裝有瓣膜的一般泵。
→ 結果讓人驚訝的是,水居然會朝同一個方向強力地被送出去,完全沒有逆流!這正是把氧氣和養分送到全身各處的「生命之流」!
親身體驗才懂!「瓣膜」才是心臟真正的英雄
這個實驗最迷人的地方,就在於「啊,原來沒有這個瓣膜,血液就沒辦法循環啊!」這樣的領悟,不是靠道理去理解,而是親手體會出來的。
拆掉瓣膜的泵裡,水只會來來回回、原地打轉;而一旦裝上瓣膜,同樣的水就能產生強而有力的單向水流。親眼目睹這種戲劇性的差異之後,「原來心臟需要瓣膜是這個道理啊!」的恍然大悟感,自然而然就會湧現出來。
在我們的身體裡,和這個泵功能相同的瓣膜,一天要精準地開開關關大約10萬次,敲出生命的節奏。無論是超乎想像的8,000公升,還是10萬次的開闔次數,追根究柢,都是因為「瓣膜確實在好好工作」才能成立。原來科學感動的種子,就藏在這麼日常的小工具裡呢。
【小提醒】實驗成功的選泵訣竅
其實這個實驗,在挑選泵的時候有個小訣竅。百元商店的商品其實就很夠用了,不過不同廠牌,瓣膜的清晰程度也不太一樣。
Seria的泵:瓣膜特別上了紅色,動作看得一清二楚,非常適合拿來觀察。
大創的泵:瓣膜大多是透明的,可能會有點不容易看清楚。
如果在店裡可以自己挑選的話,不妨打開來看看泵裡瓣膜的顏色再決定。科學的樂趣,不只是把知識背起來而已。用身邊隨手可得的東西去探究「為什麼」,然後在恍然大悟、拍手叫好的那一瞬間,才是科學真正好玩的地方。歡迎大家在家裡或課堂上,一起來體驗這份感動!
關於諮詢與委託
讓科學的奧妙與趣味更貼近生活!這裡整理了許多在家就能玩的科學實驗,以及輕鬆易懂的小訣竅,歡迎多多搜尋看看!
・關於營運者・桑子研的介紹請看這裡
・各類委託(撰稿・演講・實驗教室・電視監修・出演等)請看這裡
・文章更新資訊在X同步發布中!
科學的點子頻道正在發布實驗影片中!
９月のイチオシ実験！
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- ９月25日（金）21:00〜 かまいたちの瞬間回答！にて、科学監修を行いました。
- １０月１０日（土）11:15~12:00 千葉市科学フェスタ2026「桑子先生の回転科学ショー」にてサイエンスショーを行います。
- 12月26日（土） ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催
書籍のお知らせ
- 『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。
『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
各種SNS（更新情報をお届け！）
【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook 【英語】BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
