利用自制U型管裝置進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)的探究

朱慧娟

摘要：介紹了如何利用針筒和軟件自制U型管裝置，以及利用該裝置進(jìn)行滲透作用實(shí)驗(yàn)的探究，取得了比較好的效果。

關(guān)鍵詞：自制U型管裝置，滲透實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)Q-331文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

在滲透作用教學(xué)時(shí)，習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)U型管中放半透膜的題目，如圖1所示。學(xué)生在做題的過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：半透膜如何放到U型管中？實(shí)驗(yàn)室有現(xiàn)成的裝置嗎？筆者問(wèn)了很多實(shí)驗(yàn)儀器廠家，均表示沒(méi)有將半透膜放入U(xiǎn)型管中的現(xiàn)成的裝置。因此，學(xué)生表示想自己嘗試去設(shè)計(jì)U型管裝置，以便探究習(xí)題中常出現(xiàn)的滲透實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)筆者和學(xué)生的設(shè)計(jì)和反復(fù)驗(yàn)證，利用常見(jiàn)材料制作出了U型管裝置并應(yīng)用于探究實(shí)驗(yàn)，效果不錯(cuò)，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下。

1 U型管滲透裝置的設(shè)計(jì)與制作

整個(gè)U型管采取2個(gè)等體積的注射器針筒做容器，針筒原來(lái)連針頭處連接軟管，用帶螺紋的水管接頭連接兩個(gè)針筒，半透膜放在水管接頭一側(cè)，用塑料墊片壓緊，旋緊至不漏水即可。再將整個(gè)裝置用透明膠帶粘貼于白板上即可（圖2）。

此裝置的優(yōu)點(diǎn)：①取材簡(jiǎn)單。②可以方便地放置半透膜，各種半透膜都可以放置，不用擔(dān)心會(huì)破損，放在墊片上，旋緊即可。③可以豎著放，可以水平放。④白板空白區(qū)可以做記錄，軟管處刻度方便定量比較和記錄。⑤輕便、易帶，可以帶到教室或家里繼續(xù)觀察研究。

2 利用U型管裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究

2.1 探究滲透作用效果較好的蔗糖濃度

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%的蔗糖溶液（需要加熱溶解，并用紅墨水染色，以便觀察），分別注入U(xiǎn)型管裝置，在表1中記錄蔗糖側(cè)液面上升到10cm刻度處所用的時(shí)間（重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)取平均值）。

結(jié)論：隨著蔗糖溶液濃度升高，效果增強(qiáng)，但是濃度太大不宜溶解，需加熱。另外，溶液的黏度太高也加大實(shí)驗(yàn)中裝填試劑難度。所以選60%蔗糖溶液效果最好。

2.2 分析比較不同材料的滲透實(shí)驗(yàn)效果

在U型管裝置中分別放入不同的半透膜材料，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%的蔗糖溶液，分別注入U(xiǎn)型管裝置，在表2記錄蔗糖側(cè)液面上升到10em刻度處所用的時(shí)間（重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)取平均值）

結(jié)論：雞蛋膜效果最好。

另外，可以用生物質(zhì)量濃度為lmol/L的鹽酸浸泡雞蛋1d，去掉雞蛋殼后，在一頭剪一個(gè)小口，直接倒出內(nèi)容物，即可獲得雞蛋膜。

2.3 探究習(xí)題申出現(xiàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)

在滲透作用習(xí)題中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下的題目：

如圖3所示，把體積與質(zhì)量濃度相同的葡萄糖與蔗糖溶液用半透膜隔開(kāi)，若允許水分子和葡萄糖通過(guò)，不允許蔗糖通過(guò)，則開(kāi)始和一段時(shí)間后液面情況是 （）

A.甲高于乙

B.乙高于甲

C.甲高于乙，后乙高于甲

D.先乙高于甲，后甲高于乙

教師可利用此U型管裝置，實(shí)施探究，并將蔗糖溶液染成紅色、葡萄糖溶液染成藍(lán)色。結(jié)果，葡萄糖側(cè)液面先升后降。再次重復(fù)試驗(yàn)，蔗糖側(cè)溶液不染色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束取蔗糖側(cè)溶液用斐林試劑鑒定，發(fā)現(xiàn)蔗糖側(cè)溶液有磚紅色沉淀，證明葡萄糖能透過(guò)玻璃紙。

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，合理地解釋了原因：葡萄糖的分子量比蔗糖小，質(zhì)量濃度相等的葡萄糖溶液和蔗糖溶液條件下，葡萄糖溶液中的溶質(zhì)分子數(shù)多，因而滲透壓高，液面上升。一段時(shí)間后，葡萄糖分子透過(guò)半透膜慢慢進(jìn)入蔗糖溶液一側(cè)，使蔗糖溶液一側(cè)滲透壓增大，開(kāi)始滲透吸水，使蔗糖溶液一側(cè)液面上升。

學(xué)生通過(guò)自制的U型管探究了整個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察到了現(xiàn)象，比直接做題理解得更深刻。除此之外，教師還可以在該裝置的一側(cè)放碘液，一側(cè)放淀粉溶液，發(fā)現(xiàn)淀粉側(cè)溶液出現(xiàn)藍(lán)色，而碘液側(cè)沒(méi)有變色，證明淀粉不可透過(guò)玻璃紙，碘液可以透過(guò)玻璃紙。從以上探究中可以看出，小分子可以透過(guò)半透膜，大分子不可以;半透膜的通透性取決于其孔徑大小。教師幫助學(xué)生理解半透膜，以便后續(xù)繼續(xù)學(xué)習(xí)生物膜的選擇透過(guò)性。

2.4 雞蛋膜加熱后通透性的改變

為了將來(lái)使學(xué)生更好地理解選擇透過(guò)性，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將雞蛋煮熟后取雞蛋膜，并與生雞蛋膜作對(duì)照。結(jié)果，煮熟雞蛋膜由半透膜變成全透膜，色素分子可以通過(guò)。學(xué)生得出結(jié)論：高溫破壞膜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而破壞其功能。從而為高溫使膜失去選擇透過(guò)性的理解奠定基礎(chǔ)。

總之，本U型管裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可操作性強(qiáng)，現(xiàn)象明顯，可以將習(xí)題中的相關(guān)U型管實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，彌補(bǔ)了習(xí)題中只說(shuō)不做的不足，令結(jié)果更可信。通過(guò)本次探究，學(xué)生理解了實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)：它是解決問(wèn)題的途徑，又是新知識(shí)的來(lái)源。這樣有利于掌握科學(xué)探究的方法，體驗(yàn)科學(xué)探究的意義。