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渗透实验新装置及一种新半透膜——海带
作者:石渊伟 陈…    文章来源:生物实验创新博客(sohu)    点击数:2318    更新时间:2010/1/22
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湖南怀化市第五中学 石渊伟 陈红

1、发表在人民教育出版社网站人教网上:http://www.pep.com.cn/gzsw/jshzhx/jxyj/shyjx/200907/t20090702_573276.htm

2、发表在2009年第8期的《中学生物学》上;

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。

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5mm,注入蔗糖溶液较麻烦,长颈漏斗的容积为50—100mL,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40—80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,中央的孔用胶塞固定一个小型的长颈漏斗,便于快速的注入蔗糖溶液,同时旁边的孔设置排气管,让内部的空气及时排除,排气口上设置密封盖。

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

季节限制

地域限制

成本

材料特点

膜的制备

化工

玻璃纸

很难买到

膜面积足够大

直接使用

动物材料

动物嗉囊

肠衣、鱼膘

有时较高

膜面积大、弹性大

需撕取、刮、清洗

鸡(鸭鹅)

蛋膜

膜面积小,且容易破裂

酸液浸泡较长时间

植物材料

洋葱内表皮

农村有限制,但城市超市四季有卖

膜面积小、易破裂

需小心撕取

阔叶植物叶片

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。

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。

 

选取并固定海带


2、放入水中浸泡使得海带吸水膨胀并检查气密性。 

 

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。

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

 

灌注蔗糖(红糖)溶液并观察实验现象


 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,学生在5分钟以内就可以观察到明显的实验现象,适合课堂上向学生当堂演示。

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