金屬探測儀到底能探測怎樣的物質?

　　南通市第三中學　高一(8)班
　　莊字翔　葛嘉偉　蔣玉婷
　　沙雨閑　曹亦丹　沈穎
　　顧翎譯　趙正翔
　　指導老師　張弛
　　發現問題：
　　金屬探測儀是一種主要運用于教育、安保、考古等領域的金屬探測設備。例如，它可以幫助監考教師探查考生是否攜帶了違禁物品進入考場。然而，金屬探測儀究竟能探測怎樣的物質?“金屬”指的是金屬單質、金屬元素，還是金屬化合物?金屬探測儀的探測效果和哪些因素有關?這些都值得研究。于是，我們決定組建一個研究性學習小組，就金屬探測儀的功能及其探測效果做一次較為深入的研究。
　　基本構思：
　　我們向學校申請到了一支專用于考場的手持式金屬探測儀，它的型號為MD-300型。從外觀上看，它的主體是一個直徑約14厘米的探測環，與環相連的手持桿長42厘米。探測環一旦發現“目標”，它的鳴叫器會發出尖銳的鳴叫聲或振動器發生振動。
　　我們研究活動的基本做法是：將金屬探測儀的探測環緩緩靠近被探測物，當探測儀發出鳴叫時，即用尺測量出被探測物與金屬探測儀的探測環中心之間的距離。顯然，物體的可探測距離越遠，則說明其越容易被探測到，即該儀器越靈敏。為了確保實驗結果的準確性、數據的可靠性，我們對所有的實驗操作都重復3次，在數據上取其平均值，若有極值則舍去。
　　測試與分析：
　　1.與元素形態的關系
　　銅和鐵都是日常生活中被廣泛使用的金屬，所以我們首先對這兩種金屬的單質(塊狀固體)、固態化合物、溶液態化合物進行探測、對比，實驗結果如下：
　　實驗結果表明，金屬探測儀所能探測的“金屬”應該僅僅指游離態(即單質)的金屬，而非廣義上的“金屬元素”。當金屬一旦被轉化為化合物，即無法被探測出。這不同于焰色反應，焰色反應所需要的“金屬”則是廣義上的“金屬元素”。
　　2.與金屬形狀的關系
　　以單質形式存在的金屬還有外形的不同，例如，它們可以是細小粉末狀的，可以是大顆粒狀的，也可以是片狀的、塊狀的等。首先，我們將化學實驗中最常使用的金屬粉末平鋪在紙片上一一加以探測，結果如下：
　　結果表明，金屬粉末不能被探測到。實驗中，即使使用較大量的金屬粉末，甚至使用整瓶金屬粉末，金屬探測儀都“視而不見”。那么，如果將這些金屬的粉末顆粒加以放大又會有怎樣的結果呢?
　　由于實驗室有現成的鋅粒(直徑約3毫米)，這是制取氫氣常備的藥品。另外，鐵釘也可以看做一種有固定外形的大顆粒。于是，我們對這兩種大顆粒狀的金屬進行測試，結果鋅粒和鐵釘都“乖乖現形”了!
　　我們又對薄膜狀金屬、片狀金屬、塊狀金屬進行了探測。實驗對象為鋁箔、銀箔、鋅片、銅片、鐵塊、銅塊等。其中，銀箔來自于“銀鏡反應”，我們直接對內壁上附著的薄薄一層銀箔的試管進行了探測。結果表明，包括薄薄的銀箔在內，這些金屬無一“漏網”。實驗結果如下：
　　值得一提的是，金屬探測儀能透過試管的玻璃壁“覺察”到內壁上銀金屬的存在，這也表明，探測金屬不一定要求金屬處于完全暴露的狀態。正是基于這一點，金屬探測儀才能夠被廣泛地用于檢測一些比較隱蔽的違禁物品。
　　3.與金屬質量的關系
　　由于鋅粒是顆粒狀的，對不同量的固體樣品取用都比較方便，所以我們選擇鋅粒為研究對象。為控制變量，我們把不同質量的鋅粒分別裝入3只相同規格的試管中，向著試管的底部垂直探測，這樣至少能確保被探測物的橫截面積是相同的。結果如下：
　　由此可看出，金屬質量越大，越容易被探測到；反之，金屬質量太小，可能就很難探測到。
　　實驗結論：
　　系列實驗的探究使我們得出這樣的結論：金屬探測儀是一種僅能對金屬單質進行探測的儀器，它對金屬的探測效果與金屬的外形和總質量等因素有關。當然，畢竟這個實驗探究只是初步的、粗略的，還有許多不合理之處，需要進一步完善，對我們而言，還需進一步提高自己的科學探究意