探究透明皂蘊含的物理知識

周源 尚紅年

摘 要：通過透明皂做實驗，驗證了牛頓第一、第二定律力學知識，并通過透明皂飽和溶液驗證光的直線傳播、折射、反射及薄膜干涉的規律，以及分子熱運動的物理知識。物理啟發思考、改變生活、創造未來，與生活息息相關。就連透明皂也不例外，透明皂可以用來做很多物理實驗，可以獲得有關物理學習的相關知識。

關鍵詞：探究；透明皂；物理知識

《化學教育》上解釋：“透明皂是一種透明的肥皂。”從這句話里面，我們可以得到透明皂的許多相關性質，（1）是無色透明的，而且易溶于水，是有機溶劑，由此我們可以聯想到它的光學性質及從它的光學性質上探究與其相關的實驗。（2）透明皂的本質是肥皂，而其成分中的金屬主要是鈉或鉀等堿金屬。廣義上，肥皂也是油脂、蠟、松香或脂肪酸等和堿類起皂化或中和反應所得的脂肪酸鹽，因此我們便可以知道透明皂的質地非常柔軟之因；它具有很強的可塑性，這意味著我們可以著手研究它的力學性質和其熱學方面的性質，同時我們還可以根據透明皂的“金屬主要是鈉或鉀等堿金屬”來研究透明皂的電學性質——透明皂是否導電？它是導體還是絕緣體？接下來，我們就從這些性質入手來進行進一步相關的實驗探究，看看透明皂中究竟蘊含著哪些物理知識。

一、力學實驗——牛頓定律的驗證

1.牛頓第二定律——物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

由于透明皂的表面非常光滑，所以我們可以考慮用其代替小車進行驗證力與加速度相關的實驗以減小誤差。如圖所示裝置，保持透明皂質量M不變，改變鉤碼的質量m，從而改變細線對透明皂的牽引力F（當m≤M時，F=mg近似成立），測出透明皂的對應加速度a，由多組a、F數據做出加速度和力的關系a-F圖線，探究加速度與外力的關系；保持鉤碼的質量m不變，在透明皂上加減砝碼，改變透明皂的質量M，測出透明皂的對應加速度a，由多組a、M數據做出加速度和質量倒數的關系a-圖線，探究加速度與質量的關系，可得出力與加速度的關系式為∑F=ma。

2.牛頓第一定律——任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止

同用透明皂驗證牛頓第二定律的思想一樣，我們同樣可以利用透明皂“光滑”這個神奇的力學性質來驗證牛頓第一定律，如下裝置圖，讓一塊透明皂與一個粗糙木塊分別從斜面上滑下，斜面末端放毛巾、木板與玻璃板，然后仔細觀察實驗現象，可以很明顯地發現：當兩者接觸面越光滑，小車滑動的距離越遠，說明摩擦力是阻礙物體運動的原因，因為摩擦力的存在使物體運動狀態發生了變化，從而可以推測當兩者之間無摩擦，即摩擦力為零時物體將會一直運動下去。

二、光學實驗——光的“四射”

1.光沿直線傳播

由肥皂的性質可知肥皂易溶于水，即其溶于水會形成溶質直徑小于1nm的溶液，我們將一塊透明皂放入水中制成飽和溶液，放置兩天（為使其充分溶解并形成均勻透明的溶液），用激光筆照射溶液，會看到一條明亮通路，出現“丁達爾效應”，由此可以說明光在均勻介質中是沿直線傳播的。

2.光的反射定律

借助（1）中的肥皂液我們也可以驗證光的反射定律，首先在溶液中放置一個平面鏡，用激光筆照射溶液中的平面鏡，會看到一條“V”字形的“光路”，然后經過測量可以發現光的入射角和反射角相等。由此可以驗證光的反射定律。

3.光的折射

就如同牛頓的三棱鏡一樣，我們在透明皂之中也可以觀察到五彩斑斕的景象，而這便是光的折射。而其背后所蘊含的原理也和它的顯現一樣美妙，那便是光的折射定律。在驗證光的折射定律的實驗中，我們同樣需要飽和的肥皂液來助我們一臂之力——將一束平行光照射至肥皂液面，可以測量出該束光的入射角與折射角而根據數學中的三角函數知識易得sinφ1/sinφ2=n21。

4.光的薄膜干涉

將鐵絲圈在透明皂溶解形成的肥皂水中蘸一下，鐵絲圈上就形成了一個薄膜。用燈光照射薄膜便可以看到，薄膜表面上出現了許多明暗相間條紋，即是光的干涉條紋。而這是由于重力的作用，薄膜上薄下厚，即薄膜表面前后的光發生了干涉所引起的。因此我們可以得出結論：光也是一種波。

三、熱學實驗——分子熱運動

1.分子間有相互作用的吸引力

將兩塊透明皂壓緊后，它們會緊緊連在一起，提上面一塊時，下面一塊也會被提起來，說明分子間有吸引力的作用。

2.分子在永不停息地做著無規則運動

將兩塊不同顏色的透明皂水平輕輕疊放在一起，一段時間后可以明顯觀察到兩塊透明皂之間的接觸面的顏色出現了混合的現象，這說明分子在永不停息地做著無規則運動。

從以上列舉的小實驗可以看出，將物理融入生活，連一個小小的透明皂都能玩得風生水起，那么物理的學習也會更加生動有趣了！