探究透明皂蕴含的物理知识

周源 尚红年

摘 要：通过透明皂做实验，验证了牛顿第一、第二定律力学知识，并通过透明皂饱和溶液验证光的直线传播、折射、反射及薄膜干涉的规律，以及分子热运动的物理知识。物理启发思考、改变生活、创造未来，与生活息息相关。就连透明皂也不例外，透明皂可以用来做很多物理实验，可以获得有关物理学习的相关知识。

关键词：探究；透明皂；物理知识

《化学教育》上解释：“透明皂是一种透明的肥皂。”从这句话里面，我们可以得到透明皂的许多相关性质，（1）是无色透明的，而且易溶于水，是有机溶剂，由此我们可以联想到它的光学性质及从它的光学性质上探究与其相关的实验。（2）透明皂的本质是肥皂，而其成分中的金属主要是钠或钾等碱金属。广义上，肥皂也是油脂、蜡、松香或脂肪酸等和碱类起皂化或中和反应所得的脂肪酸盐，因此我们便可以知道透明皂的质地非常柔软之因；它具有很强的可塑性，这意味着我们可以着手研究它的力学性质和其热学方面的性质，同时我们还可以根据透明皂的“金属主要是钠或钾等碱金属”来研究透明皂的电学性质——透明皂是否导电？它是导体还是绝缘体？接下来，我们就从这些性质入手来进行进一步相关的实验探究，看看透明皂中究竟蕴含着哪些物理知识。

一、力学实验——牛顿定律的验证

1.牛顿第二定律——物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物體的质量成反比，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，所以我们可以考虑用其代替小车进行验证力与加速度相关的实验以减小误差。如图所示装置，保持透明皂质量M不变，改变钩码的质量m，从而改变细线对透明皂的牵引力F（当m≤M时，F=mg近似成立），测出透明皂的对应加速度a，由多组a、F数据做出加速度和力的关系a-F图线，探究加速度与外力的关系；保持钩码的质量m不变，在透明皂上加减砝码，改变透明皂的质量M，测出透明皂的对应加速度a，由多组a、M数据做出加速度和质量倒数的关系a-图线，探究加速度与质量的关系，可得出力与加速度的关系式为∑F=ma。

2.牛顿第一定律——任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止

同用透明皂验证牛顿第二定律的思想一样，我们同样可以利用透明皂“光滑”这个神奇的力学性质来验证牛顿第一定律，如下装置图，让一块透明皂与一个粗糙木块分别从斜面上滑下，斜面末端放毛巾、木板与玻璃板，然后仔细观察实验现象，可以很明显地发现：当两者接触面越光滑，小车滑动的距离越远，说明摩擦力是阻碍物体运动的原因，因为摩擦力的存在使物体运动状态发生了变化，从而可以推测当两者之间无摩擦，即摩擦力为零时物体将会一直运动下去。

二、光学实验——光的“四射”

1.光沿直线传播

由肥皂的性质可知肥皂易溶于水，即其溶于水会形成溶质直径小于1nm的溶液，我们将一块透明皂放入水中制成饱和溶液，放置两天（为使其充分溶解并形成均匀透明的溶液），用激光笔照射溶液，会看到一条明亮通路，出现“丁达尔效应”，由此可以说明光在均匀介质中是沿直线传播的。

2.光的反射定律

借助（1）中的肥皂液我们也可以验证光的反射定律，首先在溶液中放置一个平面镜，用激光笔照射溶液中的平面镜，会看到一条“V”字形的“光路”，然后经过测量可以发现光的入射角和反射角相等。由此可以验证光的反射定律。

3.光的折射

就如同牛顿的三棱镜一样，我们在透明皂之中也可以观察到五彩斑斓的景象，而这便是光的折射。而其背后所蕴含的原理也和它的显现一样美妙，那便是光的折射定律。在验证光的折射定律的实验中，我们同样需要饱和的肥皂液来助我们一臂之力——将一束平行光照射至肥皂液面，可以测量出该束光的入射角与折射角而根据数学中的三角函数知识易得sinφ1/sinφ2=n21。

4.光的薄膜干涉

将铁丝圈在透明皂溶解形成的肥皂水中蘸一下，铁丝圈上就形成了一个薄膜。用灯光照射薄膜便可以看到，薄膜表面上出现了许多明暗相间条纹，即是光的干涉条纹。而这是由于重力的作用，薄膜上薄下厚，即薄膜表面前后的光发生了干涉所引起的。因此我们可以得出结论：光也是一种波。

三、热学实验——分子热运动

1.分子间有相互作用的吸引力

将两块透明皂压紧后，它们会紧紧连在一起，提上面一块时，下面一块也会被提起来，说明分子间有吸引力的作用。

2.分子在永不停息地做着无规则运动

将两块不同颜色的透明皂水平轻轻叠放在一起，一段时间后可以明显观察到两块透明皂之间的接触面的颜色出现了混合的现象，这说明分子在永不停息地做着无规则运动。

从以上列举的小实验可以看出，将物理融入生活，连一个小小的透明皂都能玩得风生水起，那么物理的学习也会更加生动有趣了！