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标题 新型渗透作用实验装置的制作和应用
范文

    王文鑫

    

    

    

    摘 要:本文介绍了新型渗透作用实验装置的原理、制作材料、制作过程和使用方法。新型渗透作用实验装置设计巧妙、结构简单、操作方便,同时解决了半透膜和液柱管固定困难的问题。制作材料易得、安装操作简便,简化了实验过程,提高了实验效率。实验结果可观可测可量化,将定性演示实验变成为定量测量实验,为培养学习者的实验能力和数据分析能力提供更多的原始素材,本装置为在课堂上的推广提供了可能性。

    关键词:新型 渗透作用 实验装置

    一、问题的提出

    渗透作用实验是生物教材经典实验,在学习渗透作用原理中有不可替代的作用。现有渗透作用实验装置在课堂演示时漏斗不好固定,需要铁架台等辅助性用具,比较笨重和繁琐,且半透膜固定困难,实验的可操作性差。另外,短时间内很难观察到液面的上升,课堂演示效果不佳。

    有多位老师对渗透实验的用具、材料和实验流程做了改进,甚至还发明了实验装置,但始终不太理想[1] [2],尚存在实验装置复杂、材料难找、加液不便、现象不明显、量化测量困难等一些不足。

    二、新型渗透作用实验装置的设计

    1.实验材料、用具的选择

    材料:试管塞、刻度试管、卵壳膜

    用具:电动台钻、磨刀石

    2.新型渗透作用实验装置的原理

    新型渗透作用实验装置(表1右图)包括烧杯(4)刻度试管(1)半透膜(2)和固定支座(3)半透膜包覆于刻度试管的底部管口上,固定支座具有上下贯穿的通孔和连通部,通孔由小直径孔和大直径孔组成,呈阶梯状,直径从上至下依次增大。

    刻度试管的底部插设固定于固定支座的通孔内,连通部是通孔(槽),从固定支座的外侧面向半透膜下方的通孔处延伸并连通,固定支座位于烧杯的内底面上。

    进行实验时,往刻度试管中注入50%红糖溶液,将清水倒入烧杯,使试管内外初始液面高度相同。清水通过连通部进入固定支座的通孔,水分子由通孔和连通部经过半透膜向试管内渗透,试管内的液面上升,通过读取液面高度的数字变化从而知晓渗透作用发生的量和速度。

    3.新型渗透作用实验装置的制作

    (1)半透膜的准备

    用食醋原液浸泡蛋壳5分钟,剥取卵壳膜作为半透膜[3]。

    (2)固定支座及液柱管的制作

    固定支座制作:取试管塞,用电动台钻20mm钻头从试管塞小端圆心往内钻深达一半,换用23mm钻头从大端圆心钻通另一半,换8mm钻头从侧面的一半位置钻通整个试管塞。

    液柱管制作:取20mm直径的刻度试管,将底部用磨刀石磨穿。

    (3)新型渗透作用实验装置的安装

    取完好的半透膜盖住液柱管口,轻轻从固定支座的小端套入一半的深度,向液柱管内注入50%红糖溶液,烧杯内加入清水(图1)。

    (4)新型渗透作用实验装置的实验改进本次实验,液柱管底孔直径分别设置6mm、12mm、18mm三种规格,设五个平行重复分别进行渗透作用实验,每隔5min观察并记录液柱液面上升的刻度。

    三、结果与分析

    1.新型渗透作用实验装置

    新型渗透实验装置用固定支座进行固定,省了复杂的辅助固定装置,液柱管用刻度试管代替漏斗,使得实验可测量量化。同时,实验用具的简化使得实验易于推广 (表1)。

    2.实验改进的结果

    三种规格液柱管的五个平行重复实验,实验现象都颇为明显,五组数据取平均值(表2),数据分析折线图如下(图3)。

    从数据记录和数据分析折线图可知,渗透作用的发生是个缓慢的过程,明显的实验现象大约要30分钟才出现,合理地安排时间就可用于课堂演示或实验。

    从表2数据和图3的数据分析可知,液柱管底孔直径与渗透作用的速度呈正相关,随底孔直径的增大,水分子通过半透膜面积的增加,渗透作用的现象越明显。

    四、新型渗透作用实验装置的改进和创新

    1.实验装置的改进

    新型渗透实验装置用固定支座进行固定,省去了复杂的辅助固定装置,液柱管用刻度试管代替漏斗,使得實验过程实验结果可测量量化。刻度试管的管口内径大,加注溶液更为简便快捷且容易精确加注。

    2.实验装置的创新

    (1) 新型渗透作用实验装置结构简单、制作材料易得、操作方便、设计巧妙,安装操作简便易行,简化了实验过程,解决了半透膜固定困难和漏斗固定困难的问题,提高了实验效率。

    (2) 实验结果可观可测可量化,将定性演示实验变成为定量测量实验,为培养学习者的实验能力和数据分析能力提供了更多的原始素材。

    (3) 本实验虽然受水分子渗透速度的限制,实验现象变化幅度小,但容易开展,可以全体同学都动手实验和观测,也可以结合电教平台的实物投影,将实验现象实时投影给全班同学观测。

    五、展望

    新型渗透作用实验装置结构简单,操作简便,可用于净水器等涉及渗透作用原理的讲解说明和演示。

    新型渗透作用实验装置材料易得,可广泛应用于涉及渗透作用原理的相关领域的预实验研究,为大规模精确实验节省物力和人力成本。

    参考文献

    [1]钟育锋.渗透作用实验器[J].教学仪器与实验,2012,28(12):37-38

    [2]王树云.渗透作用实验的改进和教具自制[J].教学仪器与实验,2012,16(8):16-17

    [3]王辉广,曾乔.渗透作用实验的简便性改进和数字化测量研究[J].中小学实验与装备,2016,26(6):31-33.

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更新时间:2025/3/15 17:33:28