1、1 渗透实验新装置及一种新半透膜海带 湖南怀化市第五中学 石渊伟 陈红 渗透作用的演示实验,是让学生通过分析渗透现象进而认识半透 膜的作用,概括出渗透作用的概念和发生渗透作用的两个条件。为后 面讲述动物细胞的细胞膜和植物细胞的 原生质层都相当于一层半透膜打基础。 所以从人教版的高中必修生物第一册到 新课标高中生物 1分子与细胞一 直沿用。教材所用的实验装置如图,在一 个长颈漏斗的漏斗口外密封上玻璃纸, 往漏斗口注入蔗糖溶液,将漏斗浸入盛有清水的烧杯中,使漏斗管内 外的液面高度相等,然后观察漏斗管液面的变化。 各地教师在具体操作本实验过程中遇到很多困难,也进行了不 少改进。我 们通过网络搜集了发
2、表在不同杂志中的文章,并进行了不 全面的统计。 时间、杂志 标题 主要改进 03 年生物学教学第 9 期 血压计式渗透演示仪 的制作 把长颈漏斗的长颈部拉细成 1mm 04 年生物学教学第 2 期 渗透作用演示实验的 改进 破损的胶头滴管替代长颈漏斗;鱼鳔替 代玻璃纸。 04 年生物学教学第 5 期 渗透作用演示实验的 改进 长颈漏斗倒转系上鸡蛋膜;鸡蛋膜替代 玻璃纸。 06 年生物学教学第 8 期 七种半透膜材料“渗 透现象”的实验研究 卵壳膜膀胧膜植物叶片鱼缥膜;玻璃 纸纤维滤纸蜡纸。 01 年生物学通报第 12 期 渗透作用演示实验的 改进 变演示实验为探索性实验 06 年生物学通报第
3、9 期 对“渗透现象”演示 实验的改进 长颈漏斗倒转系上鸡蛋膜;鸡蛋膜替代 玻璃纸。 2 07 年生物学通报第 1 期 “渗透作用”实验的 改进 长颈漏斗改用一次性注射器和输液用的 针头细管制成;鸡蛋膜替代玻璃纸。 通过分析我们不难看出上述改进主要分为以下几类:1、装置改 进;2、半透膜的材料改进;3、变演示实验为探究性实验;而且他们普 遍认为按课本上的渗透装置进行实验,液面上升速度非常慢,且在实 验材料的制备上也有诸多不便;笔者通过反复地进行实验,对本实验 从实验装置和半透膜材料两个方面进行了实验改进。 一、实验装置分析及改进 1、教材装置的缺陷分析 缺陷一 教材装置的长颈漏斗长颈内径一般为
4、 5mm,注入蔗糖溶 液较麻烦, 长颈漏斗的容积为 50100mL,动作娴熟的老师可以用烧 杯直接缓慢的向长颈漏斗倒入蔗糖溶液(易溢出),一般老师只能用滴 管一管一管的注入,大概需 4080 滴管。 缺陷二 用细线或橡皮筋固定半透膜后,气密性不好,有的老师 先涂凡士林再固定,解决气密性问题。 缺陷三 教材装置中最大的缺陷是半透膜有一定弹性,且随半透 膜面积增大其弹性表现得越发明显。在注入蔗糖溶液后,因膜有弹性 而下坠,浸入盛有清水的烧杯中后又受水浮力的影响,一是很难控制 漏斗管内外的液面平衡,二是当烧杯中的清水通过渗透作用进入漏斗, 由于膜的弹性致使漏斗管液面很难出现上升现象,即使实验前将膜绷
5、 紧也还是受其弹性的影响,上升现象不明显且所用实验时间较长。 通过反复实验,选用鸭子或鸡的嗉囊做半透膜,把两个基本一样 的处理好的嗉囊固定在漏斗口径分别为 4cm 和 5cm 的两个长颈漏斗 3 上作对比实验。结果发现,开始的 30 分钟内,液面都基本不上升,30 分钟后开始缓慢上升,2 个小时后可上升 6cm 高度。这说明开始一段 时间发生渗透使里面的液体增加而导致半透膜下坠,液面基本不上升, 造成不发生渗透作用的假象。 2、实验装置的改进 (如图所示) 1.用空橡胶泥盒替代长颈漏斗。实验室中常见的长颈漏斗的漏斗口径 为 4cm 5cm,而空橡胶泥盒的直径有 7.5cm,可进一步增大半透膜
6、4 的面积。 2.空橡胶泥盒盖气密性好。将半透膜覆盖在盒口后,盖上盖子就 不会漏气,操作简单方便。 3.空橡胶泥盒盖上打许多密集的小孔,保证清水与半透膜接触, 盖子很好的解决内部装入蔗糖溶液后半透膜下坠的现象。 4.空橡胶泥盒的底部打两孔,中央的倒插入一个小型的长颈漏斗, 便于快速的注入蔗糖溶液,同时旁边的孔一定要插入一根排气管,让 内部的空气及时排除。 二、半透膜材料对比及改进 1、各种半透膜材料的对比 教材所用的玻璃纸实在难求,笔者所在地也是一个地级市,但跑了所 有化工店都没有买到,联系了几家专门供应打印纸商家也没有,只是 在网上能搜索到。各种资料也反映玻璃纸在市场上难以购买,有关渗 透作
7、用的实验改进选用了多种半透膜材料,归纳起来可大致可分为动 物材料、植物材料和化工材料三种,动物材料有嗉囊、肠衣、鱼膘、鸡 蛋的卵壳膜、动物的膀胧等,植物材料有阔叶植物的叶片、洋葱表皮 等,化工材料像火棉胶、玻璃纸等。 半透膜材料 季节 地域 成本 材料特点 膜的制备 5 限制 限制 化 工 玻璃纸 无 很难 买到 低 膜面积足够大 直接使用 动物嗉囊 肠衣、 鱼 膘 无 无 有时 较高 膜面积大、弹性 大 需撕取、 刮、清洗 动 物 材 料 鸡(鸭鹅) 蛋膜 无 无 低 膜面积小,且容 易破裂 酸液浸泡 较长时间 洋葱内表 皮 农村有限制, 但城市超市 四季有卖 低 膜面积小、易破 裂 需小心
8、撕 取 植 物 材 料 阔叶植物 叶片 有 有 低 膜面积较大,但 韧性较差易破裂 水煮 2、半透膜的改进材料海带 优点:1、不受地域和季节的限制,一年四季在任何偏远的农村乡 镇商店都能买到,且价格低廉;2、海带取材方便,不需任何处理就可 直接使用,且其膜面积大,宽叶海带的宽度一般在 26cm 左右,长度 更长,可制作直径 20 多厘米的半透膜;3、海带具有较强的韧性,不容 易破裂,可反复使用多次。 使用方法:选择海带的尾部,较薄,无破损部分直接使用。用完晾 干留待下次使用,下次使用时先用清水浸泡 1 分钟,待海带变柔软且 比较薄即可。 6 三、新装置、新半透膜的实验步骤及结果 (一)实验步骤 1、选取海带的尾部, 较薄,无破 损部分进行固定。 2、放入水中浸泡使得海带吸水膨胀并检查气密性。 3、灌注蔗糖(红糖)溶液,灌注完毕后密封排气口。 4、观察实验现象。 7 5、打开排气口的密封盖,倒置装置回收蔗糖溶液。 (二)实验现象及结果分析 8 结果分析:从图 1 的 2:21 到图 6 的 6:54 总历时 4 分 33 秒,液面上升 高度约为 1.3 厘米。