新型滲透作用實驗裝置的制作和應用

王文鑫

摘 要：本文介紹了新型滲透作用實驗裝置的原理、制作材料、制作過程和使用方法。新型滲透作用實驗裝置設計巧妙、結構簡單、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，簡化了實驗過程，提高了實驗效率。實驗結果可觀可測可量化，將定性演示實驗變成為定量測量實驗，為培養學習者的實驗能力和數據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。

關鍵詞：新型 滲透作用 實驗裝置

一、問題的提出

滲透作用實驗是生物教材經典實驗，在學習滲透作用原理中有不可替代的作用。現有滲透作用實驗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，實驗的可操作性差。另外，短時間內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驗的用具、材料和實驗流程做了改進，甚至還發明了實驗裝置，但始終不太理想[1] [2]，尚存在實驗裝置復雜、材料難找、加液不便、現象不明顯、量化測量困難等一些不足。

二、新型滲透作用實驗裝置的設計

1.實驗材料、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.新型滲透作用實驗裝置的原理

新型滲透作用實驗裝置（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固定于固定支座的通孔內，連通部是通孔（槽），從固定支座的外側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底面上。

進行實驗時，往刻度試管中注入50%紅糖溶液，將清水倒入燒杯，使試管內外初始液面高度相同。清水通過連通部進入固定支座的通孔，水分子由通孔和連通部經過半透膜向試管內滲透，試管內的液面上升，通過讀取液面高度的數字變化從而知曉滲透作用發生的量和速度。

3.新型滲透作用實驗裝置的制作

（1）半透膜的準備

用食醋原液浸泡蛋殼5分鐘，剝取卵殼膜作為半透膜[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鉆深達一半，換用23mm鉆頭從大端圓心鉆通另一半，換8mm鉆頭從側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）新型滲透作用實驗裝置的安裝

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，向液柱管內注入50%紅糖溶液，燒杯內加入清水（圖1）。

（4）新型滲透作用實驗裝置的實驗改進本次實驗，液柱管底孔直徑分別設置6mm、12mm、18mm三種規格，設五個平行重復分別進行滲透作用實驗，每隔5min觀察并記錄液柱液面上升的刻度。

三、結果與分析

1.新型滲透作用實驗裝置

新型滲透實驗裝置用固定支座進行固定，省了復雜的輔助固定裝置，液柱管用刻度試管代替漏斗，使得實驗可測量量化。同時，實驗用具的簡化使得實驗易于推廣 （表1）。

2.實驗改進的結果

三種規格液柱管的五個平行重復實驗，實驗現象都頗為明顯，五組數據取平均值（表2），數據分析折線圖如下（圖3）。

從數據記錄和數據分析折線圖可知，滲透作用的發生是個緩慢的過程，明顯的實驗現象大約要30分鐘才出現，合理地安排時間就可用于課堂演示或實驗。

從表2數據和圖3的數據分析可知，液柱管底孔直徑與滲透作用的速度呈正相關，隨底孔直徑的增大，水分子通過半透膜面積的增加，滲透作用的現象越明顯。

四、新型滲透作用實驗裝置的改進和創新

1.實驗裝置的改進

新型滲透實驗裝置用固定支座進行固定，省去了復雜的輔助固定裝置，液柱管用刻度試管代替漏斗，使得實驗過程實驗結果可測量量化。刻度試管的管口內徑大，加注溶液更為簡便快捷且容易精確加注。

2.實驗裝置的創新

（1） 新型滲透作用實驗裝置結構簡單、制作材料易得、操作方便、設計巧妙，安裝操作簡便易行，簡化了實驗過程，解決了半透膜固定困難和漏斗固定困難的問題，提高了實驗效率。

（2） 實驗結果可觀可測可量化，將定性演示實驗變成為定量測量實驗，為培養學習者的實驗能力和數據分析能力提供了更多的原始素材。

（3） 本實驗雖然受水分子滲透速度的限制，實驗現象變化幅度小，但容易開展，可以全體同學都動手實驗和觀測，也可以結合電教平臺的實物投影，將實驗現象實時投影給全班同學觀測。

五、展望

新型滲透作用實驗裝置結構簡單，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。

新型滲透作用實驗裝置材料易得，可廣泛應用于涉及滲透作用原理的相關領域的預實驗研究，為大規模精確實驗節省物力和人力成本。

參考文獻

[1]鐘育鋒.滲透作用實驗器[J].教學儀器與實驗，2012，28（12）：37-38

[2]王樹云.滲透作用實驗的改進和教具自制[J].教學儀器與實驗，2012，16（8）：16-17

[3]王輝廣，曾喬.滲透作用實驗的簡便性改進和數字化測量研究[J].中小學實驗與裝備，2016，26（6）：31-33.