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科学探究是理科教学的有效方式之一，探究实验对于调动学生的学习兴趣和认知建构，为学生创设深入体悟科学的情境具有重要的作用。因此，探究实验设计应力求具有新奇的特点。下面介绍的这个探究实验综合了理化的相关内容，较好地体现了上述特点，教师可以在教学实践中借鉴。
1实验目的 探究富含硫颗粒的悬浊液的透射光与散射光颜色变化的原因。 2实验原理 由于空气中的分子颗粒(远小于可见光波长)容易使阳光散射出波长短的蓝光成分，并且任意方向皆有散射光线，因而使天空呈现蓝色；而波长长的红光成分不易被散射，从而继续直进，使旭日和夕阳呈现红色。若以稀薄的硫代硫酸钠水溶液(约0．05mol／L)与稀盐酸(0．1mol／L)反应生成硫颗粒的沉淀，作为光散射的介质，可以动态模拟光散射的实验，观察到透射光及散射光颜色的变化情况。其反应方程式如下： Na2S2O3+2HC1=2NaC1+H2O+S02↑+S↓ 3实验过程 分别取相同体积的稀硫代硫酸钠溶液和稀盐酸反应之后，连同玻璃烧杯放置在投影仪上，将透射光投影到墙壁上，观察透射光随时间的变化情况，同时直接观察烧杯所散射出来的光随时间的变化情况。 4实验结果 因为硫颗粒的逐渐增大，造成透射光的颜色随时间变化，依序由紫光→蓝光→绿光变化。而散射光则呈现出与透射光互补的颜色，依序为蓝光→橙光→洋红光。 5实验步骤 (1)教师首先演示如上所述实验，学生依照实验的步骤进行实验探究。初步探究不同的溶液浓度引起的透射光的现象(浓度较浓时可能引起透射光迅速变红之后又立即变黑，因为光线无法透射)，教师引导学生讨论其中的原因。 (2)发现溶液浓度稀释至一定程度且时间稍长的时候，透射光的颜色会有一定的变化：呈现紫色、蓝色、甚至于绿色，而散射光线则呈现出互补光，如蓝光、橙光及洋红光。此阶段通常开始形成问题，例如：为何烧杯中的溶液会引起光线颜色的变化?就此问题可以展开探究。 (3)初始的探究过程在于讨论分析实验的变因，而实验过程中可能存在的变因主要集中在烧杯中的反应溶液方面。通过讨论可以找出相关的变因，例如：溶液的浓度、溶液的高度、溶液的温度、溶液反应的时间等。通过控制变因的对比实验设计可以逐一排除与光线颜色变化无关的变因，例如：溶液的浓度、反应溶液的温度、溶液的高度等。 (4)在实验变因的探究之后，发现所有变因之中，只有溶液反应的时间与透射光颜色的变化有关。由于溶液中的硫颗粒无法用肉眼直接观察，故而可以提出如下两种微观假设： 假设一：烧杯中水溶液因为时间越长，溶液中的颗粒密度越大(颗粒越来越多)； 假设二：烧杯中水溶液因为时间越长，溶液中的颗粒越来越大。 结合浓度变因实验，发现反应物溶液的浓度不相同时，虽然透射光的光量不同，但颜色的色系相同(例如较暗的紫色与较亮的紫色)，因此可排除假设一，留下假设二便有可能是引起颜色变化的变因。 (5)针对假设二进行佐证的实验，最直接的方法就是观察硫颗粒大小是否随着时间而变。通过显微照相方法，可以观察到硫颗粒的确在变大，虽然尚不足以确认透射光颜色的变化即为颗粒大小所致，但透过佐证实验的过程，已经显著提高了假设二的可信度。 本实验结合化学反应过程中硫颗粒的逐渐生长过程可以动态模拟学生生活中常见的某些光学现象，显示说明光的散射机制。由于实验综合程度较高，探究所需时间较长，并有一定难度，教师应适时介入给予相应的指导与反馈，以弥补学生知识经验的不足和探究过程的偏差，这也是探究教学的基本要求，因为探究教学并不是让学生放任自流。本实验适宜安排在综合实践活动或课外的研究性学习中供学有余力的学生使用。即使在课堂上演示，由于实验具有创意新奇、现象明显的特点，对于唤起学生的学习热情也能收到很好的效果。 (责任编辑：admin) |