肥皂膜在中學物理實驗中的應用

(南京航空航天大學附屬高級中學，江蘇 南京 210007)

物理學是一門以實驗為基礎的科學，這決定了實驗在物理教學中的重要地位.通過實驗可以激發(fā)學生學習興趣和求知欲望、創(chuàng)設物理學習情境、發(fā)展學生能力、培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神[1].新課程改革強調(diào)“關(guān)注物理知識在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應用，以利于激發(fā)學生學習科學的興趣”、提高“實驗和探究能力”[2]，所以我們務必要重視實驗的意義和價值.

物理演示實驗應遵循直觀性、便捷性、安全性、啟發(fā)性等幾個原則.肥皂膜就是一個非常典型的實驗器材，包含了演示實驗絕大部分要求：生活中隨處可見，陽光下洗衣服時會飄起漂亮的肥皂泡，還會變換顏色；小孩子會興高采烈的吹肥皂泡；魔術(shù)表演中一個孩子被魔術(shù)師罩在一個非常大的肥皂泡中，讓人驚奇萬分……通過它可以展示很多物理現(xiàn)象和原理，效果明顯，學生興趣高漲，值得我們充分挖掘其教育功能.

肥皂水的配制：用一個500mL的干凈燒杯，裝入30℃左右的清水200mL，選用泡沫較多的洗衣粉20g左右，將洗衣粉慢慢倒入水中，進行充分地攪拌，配制出飽和的肥皂水．靜置幾分鐘后，用另一個燒杯倒出上面的清亮肥皂水，倒掉沒有溶解的洗衣粉和雜質(zhì)．將燒杯洗干凈，在燒杯中倒入20mL左右的甘油[3]，再將配制好的肥皂水倒入，并再次攪拌，使甘油完全溶解，就成為我們所需要的肥皂液．

1 表面張力實驗

把一條細棉線的兩端系在鐵絲環(huán)上，棉線略松弛，然后將鐵絲環(huán)浸入肥皂液里，再拿出來時金屬環(huán)上形成肥皂膜，棉線仍然是松弛的.用燒熱的針刺破棉線某一側(cè)的薄膜，觀察現(xiàn)象.

圖1

觀察到的現(xiàn)象是：原先松弛的細線繃緊了，且向有肥皂膜的一側(cè)彎曲(如圖1).因為液體表面分子間距較大，分子間相互作用表現(xiàn)為引力，即為表面張力[4]，從而使液體表面繃緊.

2 液體表面積趨于最小

用金屬絲做成立方體框，一根細線系在框架一角，手拎細線的另一端將框架浸入肥皂液中再緩慢取出，觀察肥皂膜的形狀.用金屬絲做成不同形狀的立方體框，重復剛才的實驗進行觀察.

觀察到的現(xiàn)象是：雖然金屬絲框形狀不同，但是上面的肥皂膜總會變成與圖2類似的幾何形狀.液體表面張力使表面收縮、面積趨于最小.

圖2

3 光的干涉實驗

在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰發(fā)出黃光.將金屬圓環(huán)在肥皂水中蘸一下，金屬環(huán)上形成肥皂膜.使肥皂膜豎直放置，觀察燈焰下肥皂膜的圖案.制作新的肥皂膜，將其放在太陽光下再次觀察圖案.

圖3

觀察到的現(xiàn)象是：燈焰下肥皂膜呈現(xiàn)明暗相間的條紋，太陽光下呈現(xiàn)彩色條紋.肥皂膜在重力作用下形成上薄下厚的鍥形膜，來自前后兩個面的反射光相干疊加，在一些位置形成亮紋，另一些位置則形成暗紋，因此在燈焰下形成明暗相間的條紋(如圖3).而太陽光中不同波長的光，在不同位置相互加強，因此陽光下肥皂膜的條紋是彩色的.

4 氣體熱脹冷縮實驗

圖4

取一燒瓶，然后用帶有彎玻璃管的塞子塞住，固定于鐵架臺上，玻璃管末端套一段橡皮管與漏斗頸相連[5].先用漏斗頭蘸取少量肥皂泡，然后用手捂在燒瓶上，使瓶內(nèi)氣體溫度升高，觀察肥皂泡變化.當手移開后，再次觀察其變化(如圖4).

觀察到的現(xiàn)象是：漏斗頭處出現(xiàn)一個逐漸變大的漂亮肥皂泡，說明瓶內(nèi)氣體受熱膨脹，使液泡變大.當手移開后，瓶內(nèi)氣體溫度降低，體積縮小，肥皂泡又逐漸縮小.肥皂泡大小的變化說明了氣體熱脹冷縮的性質(zhì).

參考文獻：

[1]閻金鐸，郭玉英．中學物理教學概論[M]．北京：高等教育出版社，2009：107-109.

[2]江蘇省教育考試院.2014年江蘇省普通高中學業(yè)水平測試(選修科目)說明[M]．南京：江蘇教育出版社，2013：1-2.

[3]彭友山.肥皂水的新配方[J].物理通報,2006，(7).

[4]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.物理“選修3-3”[M]．北京：人民教育出版社，2010：38.

[5]鞏建輝.用肥皂泡做物理實驗[J].實驗教學與儀器,2003，(4).