新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的制作和應(yīng)用

王文鑫

摘 要：本文介紹了新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的原理、制作材料、制作過程和使用方法。新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，同時解決了半透膜和液柱管固定困難的問題。制作材料易得、安裝操作簡便，簡化了實(shí)驗(yàn)過程，提高了實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可觀可測可量化，將定性演示實(shí)驗(yàn)變成為定量測量實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛿?shù)據(jù)分析能力提供更多的原始素材，本裝置為在課堂上的推廣提供了可能性。

關(guān)鍵詞：新型 滲透作用 實(shí)驗(yàn)裝置

一、問題的提出

滲透作用實(shí)驗(yàn)是生物教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)滲透作用原理中有不可替代的作用?，F(xiàn)有滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置在課堂演示時漏斗不好固定，需要鐵架臺等輔助性用具，比較笨重和繁瑣，且半透膜固定困難，實(shí)驗(yàn)的可操作性差。另外，短時間內(nèi)很難觀察到液面的上升，課堂演示效果不佳。

有多位老師對滲透實(shí)驗(yàn)的用具、材料和實(shí)驗(yàn)流程做了改進(jìn)，甚至還發(fā)明了實(shí)驗(yàn)裝置，但始終不太理想[1] [2]，尚存在實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、材料難找、加液不便、現(xiàn)象不明顯、量化測量困難等一些不足。

二、新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)材料、用具的選擇

材料：試管塞、刻度試管、卵殼膜

用具：電動臺鉆、磨刀石

2.新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的原理

新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置（表1右圖）包括燒杯（4）刻度試管（1）半透膜（2）和固定支座（3）半透膜包覆于刻度試管的底部管口上，固定支座具有上下貫穿的通孔和連通部，通孔由小直徑孔和大直徑孔組成，呈階梯狀，直徑從上至下依次增大。

刻度試管的底部插設(shè)固定于固定支座的通孔內(nèi)，連通部是通孔（槽），從固定支座的外側(cè)面向半透膜下方的通孔處延伸并連通，固定支座位于燒杯的內(nèi)底面上。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，往刻度試管中注入50%紅糖溶液，將清水倒入燒杯，使試管內(nèi)外初始液面高度相同。清水通過連通部進(jìn)入固定支座的通孔，水分子由通孔和連通部經(jīng)過半透膜向試管內(nèi)滲透，試管內(nèi)的液面上升，通過讀取液面高度的數(shù)字變化從而知曉滲透作用發(fā)生的量和速度。

3.新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的制作

（1）半透膜的準(zhǔn)備

用食醋原液浸泡蛋殼5分鐘，剝?nèi)÷褮つぷ鳛榘胪改3]。

（2）固定支座及液柱管的制作

固定支座制作：取試管塞，用電動臺鉆20mm鉆頭從試管塞小端圓心往內(nèi)鉆深達(dá)一半，換用23mm鉆頭從大端圓心鉆通另一半，換8mm鉆頭從側(cè)面的一半位置鉆通整個試管塞。

液柱管制作：取20mm直徑的刻度試管，將底部用磨刀石磨穿。

（3）新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的安裝

取完好的半透膜蓋住液柱管口，輕輕從固定支座的小端套入一半的深度，向液柱管內(nèi)注入50%紅糖溶液，燒杯內(nèi)加入清水（圖1）。

（4）新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)本次實(shí)驗(yàn)，液柱管底孔直徑分別設(shè)置6mm、12mm、18mm三種規(guī)格，設(shè)五個平行重復(fù)分別進(jìn)行滲透作用實(shí)驗(yàn)，每隔5min觀察并記錄液柱液面上升的刻度。

三、結(jié)果與分析

1.新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置

新型滲透實(shí)驗(yàn)裝置用固定支座進(jìn)行固定，省了復(fù)雜的輔助固定裝置，液柱管用刻度試管代替漏斗，使得實(shí)驗(yàn)可測量量化。同時，實(shí)驗(yàn)用具的簡化使得實(shí)驗(yàn)易于推廣 （表1）。

2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的結(jié)果

三種規(guī)格液柱管的五個平行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都頗為明顯，五組數(shù)據(jù)取平均值（表2），數(shù)據(jù)分析折線圖如下（圖3）。

從數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析折線圖可知，滲透作用的發(fā)生是個緩慢的過程，明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象大約要30分鐘才出現(xiàn)，合理地安排時間就可用于課堂演示或?qū)嶒?yàn)。

從表2數(shù)據(jù)和圖3的數(shù)據(jù)分析可知，液柱管底孔直徑與滲透作用的速度呈正相關(guān)，隨底孔直徑的增大，水分子通過半透膜面積的增加，滲透作用的現(xiàn)象越明顯。

四、新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)和創(chuàng)新

1.實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

新型滲透實(shí)驗(yàn)裝置用固定支座進(jìn)行固定，省去了復(fù)雜的輔助固定裝置，液柱管用刻度試管代替漏斗，使得實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果可測量量化?？潭仍嚬艿墓芸趦?nèi)徑大，加注溶液更為簡便快捷且容易精確加注。

2.實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新

（1） 新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、制作材料易得、操作方便、設(shè)計(jì)巧妙，安裝操作簡便易行，簡化了實(shí)驗(yàn)過程，解決了半透膜固定困難和漏斗固定困難的問題，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

（2） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可觀可測可量化，將定性演示實(shí)驗(yàn)變成為定量測量實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛿?shù)據(jù)分析能力提供了更多的原始素材。

（3） 本實(shí)驗(yàn)雖然受水分子滲透速度的限制，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化幅度小，但容易開展，可以全體同學(xué)都動手實(shí)驗(yàn)和觀測，也可以結(jié)合電教平臺的實(shí)物投影，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)時投影給全班同學(xué)觀測。

五、展望

新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可用于凈水器等涉及滲透作用原理的講解說明和演示。

新型滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置材料易得，可廣泛應(yīng)用于涉及滲透作用原理的相關(guān)領(lǐng)域的預(yù)實(shí)驗(yàn)研究，為大規(guī)模精確實(shí)驗(yàn)節(jié)省物力和人力成本。

參考文獻(xiàn)

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[3]王輝廣，曾喬.滲透作用實(shí)驗(yàn)的簡便性改進(jìn)和數(shù)字化測量研究[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2016，26（6）：31-33.