利用自制U型管裝置進行滲透實驗的探究

朱慧娟

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

關鍵詞：自制U型管裝置，滲透實驗，實驗教學

中圖分類號Q-331文獻標志碼：B

在滲透作用教學時，習題中經常出現U型管中放半透膜的題目，如圖1所示。學生在做題的過程中總會產生疑問：半透膜如何放到U型管中？實驗室有現成的裝置嗎？筆者問了很多實驗儀器廠家，均表示沒有將半透膜放入U型管中的現成的裝置。因此，學生表示想自己嘗試去設計U型管裝置，以便探究習題中常出現的滲透實驗的問題。

經過筆者和學生的設計和反復驗證，利用常見材料制作出了U型管裝置并應用于探究實驗，效果不錯，現簡介如下。

1 U型管滲透裝置的設計與制作

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

此裝置的優點：①取材簡單。②可以方便地放置半透膜，各種半透膜都可以放置，不用擔心會破損，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觀察研究。

2 利用U型管裝置進行的實驗探究

2.1 探究滲透作用效果較好的蔗糖濃度

配制質量分數分別為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型管裝置，在表1中記錄蔗糖側液面上升到10cm刻度處所用的時間（重復3次實驗取平均值）。

結論：隨著蔗糖溶液濃度升高，效果增強，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驗中裝填試劑難度。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驗效果

在U型管裝置中分別放入不同的半透膜材料，配制質量分數分別為60%的蔗糖溶液，分別注入U型管裝置，在表2記錄蔗糖側液面上升到10em刻度處所用的時間（重復3次實驗取平均值）

結論：雞蛋膜效果最好。

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

2.3 探究習題申出現的相關實驗

在滲透作用習題中，經常會出現以下的題目：

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

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，實施探究，并將蔗糖溶液染成紅色、葡萄糖溶液染成藍色。結果，葡萄糖側液面先升后降。再次重復試驗，蔗糖側溶液不染色。實驗結束取蔗糖側溶液用斐林試劑鑒定，發現蔗糖側溶液有磚紅色沉淀，證明葡萄糖能透過玻璃紙。

通過本實驗，學生對實驗現象進行分析，合理地解釋了原因：葡萄糖的分子量比蔗糖小，質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分子數多，因而滲透壓高，液面上升。一段時間后，葡萄糖分子透過半透膜慢慢進入蔗糖溶液一側，使蔗糖溶液一側滲透壓增大，開始滲透吸水，使蔗糖溶液一側液面上升。

學生通過自制的U型管探究了整個實驗，觀察到了現象，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放碘液，一側放淀粉溶液，發現淀粉側溶液出現藍色，而碘液側沒有變色，證明淀粉不可透過玻璃紙，碘液可以透過玻璃紙。從以上探究中可以看出，小分子可以透過半透膜，大分子不可以;半透膜的通透性取決于其孔徑大小。教師幫助學生理解半透膜，以便后續繼續學習生物膜的選擇透過性。

2.4 雞蛋膜加熱后通透性的改變

為了將來使學生更好地理解選擇透過性，本實驗設計將雞蛋煮熟后取雞蛋膜，并與生雞蛋膜作對照。結果，煮熟雞蛋膜由半透膜變成全透膜，色素分子可以通過。學生得出結論：高溫破壞膜的結構，進而破壞其功能。從而為高溫使膜失去選擇透過性的理解奠定基礎。

總之，本U型管裝置設計簡單可操作性強，現象明顯，可以將習題中的相關U型管實驗進行探究，彌補了習題中只說不做的不足，令結果更可信。通過本次探究，學生理解了實驗的實質：它是解決問題的途徑，又是新知識的來源。這樣有利于掌握科學探究的方法，體驗科學探究的意義。