利用自制U型管装置进行渗透实验的探究

朱慧娟

摘要：介绍了如何利用针筒和软件自制U型管装置，以及利用该装置进行渗透作用实验的探究，取得了比较好的效果。

关键词：自制U型管装置，渗透实验，实验教学

中图分类号Q-331文献标志码：B

在渗透作用教学时，习题中经常出现U型管中放半透膜的题目，如图1所示。学生在做题的过程中总会产生疑问：半透膜如何放到U型管中？实验室有现成的装置吗？笔者问了很多实验仪器厂家，均表示没有将半透膜放入U型管中的现成的装置。因此，学生表示想自己尝试去设计U型管装置，以便探究习题中常出现的渗透实验的问题。

经过笔者和学生的设计和反复验证，利用常见材料制作出了U型管装置并应用于探究实验，效果不错，现简介如下。

1 U型管渗透装置的设计与制作

整个U型管采取2个等体积的注射器针筒做容器，针筒原来连针头处连接软管，用带螺纹的水管接头连接两个针筒，半透膜放在水管接头一侧，用塑料垫片压紧，旋紧至不漏水即可。再将整个装置用透明胶带粘贴于白板上即可（图2）。

此装置的优点：①取材简单。②可以方便地放置半透膜，各种半透膜都可以放置，不用担心会破损，放在垫片上，旋紧即可。③可以竖着放，可以水平放。④白板空白区可以做记录，软管处刻度方便定量比较和记录。⑤轻便、易带，可以带到教室或家里继续观察研究。

2 利用U型管装置进行的实验探究

2.1 探究渗透作用效果较好的蔗糖浓度

配制质量分数分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%的蔗糖溶液（需要加热溶解，并用红墨水染色，以便观察），分别注入U型管装置，在表1中记录蔗糖侧液面上升到10cm刻度处所用的时间（重复3次实验取平均值）。

结论：随着蔗糖溶液浓度升高，效果增强，但是浓度太大不宜溶解，需加热。另外，溶液的黏度太高也加大实验中装填试剂难度。所以选60%蔗糖溶液效果最好。

2.2 分析比较不同材料的渗透实验效果

在U型管装置中分别放入不同的半透膜材料，配制质量分数分别为60%的蔗糖溶液，分别注入U型管装置，在表2记录蔗糖侧液面上升到10em刻度处所用的时间（重复3次实验取平均值）

结论：鸡蛋膜效果最好。

另外，可以用生物质量浓度为lmol/L的盐酸浸泡鸡蛋1d，去掉鸡蛋壳后，在一头剪一个小口，直接倒出内容物，即可获得鸡蛋膜。

2.3 探究习题申出现的相关实验

在渗透作用习题中，经常会出现以下的题目：

如图3所示，把体积与质量浓度相同的葡萄糖与蔗糖溶液用半透膜隔开，若允许水分子和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过，则开始和一段时间后液面情况是 （）

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

教师可利用此U型管装置，实施探究，并将蔗糖溶液染成红色、葡萄糖溶液染成蓝色。结果，葡萄糖侧液面先升后降。再次重复试验，蔗糖侧溶液不染色。实验结束取蔗糖侧溶液用斐林试剂鉴定，发现蔗糖侧溶液有砖红色沉淀，证明葡萄糖能透过玻璃纸。

通过本实验，學生对实验现象进行分析，合理地解释了原因：葡萄糖的分子量比蔗糖小，质量浓度相等的葡萄糖溶液和蔗糖溶液条件下，葡萄糖溶液中的溶质分子数多，因而渗透压高，液面上升。一段时间后，葡萄糖分子透过半透膜慢慢进入蔗糖溶液一侧，使蔗糖溶液一侧渗透压增大，开始渗透吸水，使蔗糖溶液一侧液面上升。

学生通过自制的U型管探究了整个实验，观察到了现象，比直接做题理解得更深刻。除此之外，教师还可以在该装置的一侧放碘液，一侧放淀粉溶液，发现淀粉侧溶液出现蓝色，而碘液侧没有变色，证明淀粉不可透过玻璃纸，碘液可以透过玻璃纸。从以上探究中可以看出，小分子可以透过半透膜，大分子不可以;半透膜的通透性取决于其孔径大小。教师帮助学生理解半透膜，以便后续继续学习生物膜的选择透过性。

2.4 鸡蛋膜加热后通透性的改变

为了将来使学生更好地理解选择透过性，本实验设计将鸡蛋煮熟后取鸡蛋膜，并与生鸡蛋膜作对照。结果，煮熟鸡蛋膜由半透膜变成全透膜，色素分子可以通过。学生得出结论：高温破坏膜的结构，进而破坏其功能。从而为高温使膜失去选择透过性的理解奠定基础。

总之，本U型管装置设计简单可操作性强，现象明显，可以将习题中的相关U型管实验进行探究，弥补了习题中只说不做的不足，令结果更可信。通过本次探究，学生理解了实验的实质：它是解决问题的途径，又是新知识的来源。这样有利于掌握科学探究的方法，体验科学探究的意义。