新型渗透作用实验装置的制作和应用
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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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