弭寶國(guó)

摘 要 紫外線的主要特性是化學(xué)作用強(qiáng)，但是現(xiàn)行新課標(biāo)高中物理教材中沒(méi)有一個(gè)看得見(jiàn)、摸得著的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證紫外線具有較高的能量，進(jìn)而引起物質(zhì)的化學(xué)變化，學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)較差。為了增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生記憶，優(yōu)化教學(xué)效果，設(shè)計(jì)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)——“紫外線化學(xué)作用演示儀”，能夠在三分鐘內(nèi)驗(yàn)證紫外線具有較高的能量，引起物質(zhì)的化學(xué)變化。

關(guān)鍵詞 紫外線；化學(xué)作用；演示實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：O434.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）08-0135-02

Abstract The main characteristics of ultraviolet radiation is strong chemical action， but， the new course standard of high school physics textbooks do not have a visible， tangible experiments to verify the ultraviolet has high energy， causing chemical changes of matter， students perceptual knowledge is poor. In order to enhance the students perceptual knowledge， to facilitate the students memory， improve teaching effect， we design a demonstration experiment—“ Ultraviolet chemical effect demonstration instrument ”， can verify the ultraviolet ray has the high energy in 3 minutes， cause chemical changes of matter.

Key words ultraviolet radiation； chemical action； demonstration experiment

現(xiàn)行高中物理教材[1]講到紫外線時(shí)說(shuō)：“……波長(zhǎng)在5 nm到370 nm之間的電磁波是紫外線，紫外線具有較高的能量，足以破壞細(xì)胞核中的物質(zhì)，因此可以利用紫外線滅菌消毒。太陽(yáng)光里有許多紫外線，人體接受適量的紫外線照射，能促進(jìn)鈣的吸收，改善身體健康，但過(guò)強(qiáng)的紫外線會(huì)傷害眼睛和皮膚。許多物質(zhì)在紫外線的照射下會(huì)發(fā)出熒光，根據(jù)這一點(diǎn)可以設(shè)計(jì)防偽措施?！?/p>

這里提到紫外線的兩個(gè)作用：生理作用和熒光作用。但是紫外線還有第三個(gè)作用：化學(xué)作用。多年前的中師物理教材[2]在講到紫外線時(shí)說(shuō)：“紫外線的主要特性是化學(xué)作用強(qiáng)，很容易使照相底片感光……”不管是哪種作用，都來(lái)源于紫外線具有比可見(jiàn)光高的能量和其特定的頻率。教師在進(jìn)行這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，更多的是列舉醫(yī)院或自來(lái)水廠利用紫外線燈消毒、日光燈通過(guò)紫外線照射熒光粉發(fā)出白光等，沒(méi)有一個(gè)看得見(jiàn)，摸得著的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證紫外線具有較高的能量，進(jìn)而引起物質(zhì)的化學(xué)變化，學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)較差。為了增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生記憶，增強(qiáng)教學(xué)效果，筆者設(shè)計(jì)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，命名為“紫外線化學(xué)作用演示儀”，能夠在三分鐘內(nèi)驗(yàn)證紫外線具有較高的能量，引起物質(zhì)的化學(xué)變化。下面介紹一下具體做法。

1 材料準(zhǔn)備

背面是平面、鎮(zhèn)流器、啟輝器置于內(nèi)部的鐵質(zhì)30 W（或40 W）的日光燈架一副（包括電源線），可以從電氣商店購(gòu)買；與之對(duì)應(yīng)的30 W（或40 W）紫外線燈管一只，可以從醫(yī)療用品商店購(gòu)買；102 cm（或130 cm）*10 cm*2 cm的木板一塊，用來(lái)制作儀器的底座；10 cm*3 cm*2 cm的小木條兩塊，用來(lái)做儀器的底腳；長(zhǎng)98 cm、外徑7.5 cm、內(nèi)徑7.0 cm的建筑用白色不透明塑料管材一段；直徑7 cm左右的大號(hào)橡膠塞兒兩個(gè)；直徑2 cm左右的小號(hào)橡膠塞1個(gè)；2 cm*25 cm的白色鐵皮兩條；曲別針一枚；5 cm*5 cm的一小塊普通玻璃或透明塑料布一塊；碘化鉀淀粉試紙若干；礦泉水適量；木螺絲若干。

2 制作過(guò)程

以30 W紫外線燈管為例。

1）安裝底腳。把10 cm*3 cm*2 cm的兩個(gè)小木條分別固定在長(zhǎng)木板的底面離兩端30 cm左右的地方（小木條的長(zhǎng)邊垂直于木板的長(zhǎng)邊），作為儀器的底腳。

2）固定燈架。打開(kāi)日光燈架的前蓋板，用電鉆在燈架背面的適當(dāng)位置打孔，把燈架用木螺絲固定在木板正面的合適位置；在木板上的適當(dāng)位置打一個(gè)較大的孔，引出電源線，扣好前蓋板，如圖1所示。

3）在塑料管壁上打孔。在距離塑料管材兩端5 cm左右的地方各開(kāi)一個(gè)0.9 cm*2.5 cm的長(zhǎng)方形孔，使之正好能夠把日光燈的兩個(gè)管座放入其中。注意開(kāi)始時(shí)孔要開(kāi)得小些，然后逐漸擴(kuò)大，以免把日光燈管座放入時(shí)出現(xiàn)較大空隙。還要注意兩個(gè)孔要在同一平面上，且長(zhǎng)邊互相平行，都垂直于塑料管的中軸線。在這兩個(gè)長(zhǎng)方形孔的對(duì)面管壁的中央，再開(kāi)一個(gè)直徑約2 cm的圓孔，用來(lái)放小號(hào)橡膠塞，如圖2所示。

4）固定塑料管。把塑料管安裝在日光燈架上；在白鐵皮的兩端適當(dāng)位置各打一個(gè)小孔，把鐵皮的一端用木螺絲固定在離木板一端20 cm左右的地方，另一端跨過(guò)塑料管，也固定在木板上；另一條鐵皮對(duì)稱地固定在木板的另一端，白鐵皮的作用是把塑料管固定在木板上，如圖3所示。

5）安裝燈管。用橡皮泥封堵日光燈管座和塑料管壁之間的空隙；安裝紫外線燈管；用大號(hào)橡皮塞封堵塑料管的兩端，如圖4所示。

6）制作小鐵鉤。剪一段曲別針，彎成一個(gè)小鉤，插入小號(hào)橡皮塞中，實(shí)驗(yàn)時(shí)用來(lái)懸掛濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙。把這個(gè)小橡皮塞塞入塑料管中間的圓孔中，如圖4所示。

7）檢驗(yàn)安裝是否正確。取下小橡膠塞，在小孔上蓋上普通玻璃板或透明塑料，接通電源，如果看到紫外線燈管正常發(fā)光，則說(shuō)明安裝正確，關(guān)閉電源備用。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

首先，取下管壁上方的小橡膠塞，在小孔上蓋上普通玻璃板或透明塑料布，撕一條碘化鉀淀粉試紙，用純凈水浸濕，掛在小鐵鉤上；其次，用另一只手接通紫外線燈的電源，看到燈管發(fā)光后，去掉玻璃板或塑料布，立刻把掛有濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙的小橡膠塞塞入塑料管上方的小孔中；第三，等待大約三分鐘，關(guān)閉紫外線燈的電源，取下小橡膠塞，看到碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)色。另外，用手在小圓孔附近扇動(dòng)，引氣入鼻，可以聞到腥臭味。

4 實(shí)驗(yàn)原理

1）由于塑料管中封閉了一定量的空氣，這部分空氣中的氧氣會(huì)在紫外線的照射下發(fā)生化學(xué)變化，生成臭氧，臭氧具有腥臭味。其化學(xué)反映方程式如下：

2）濕潤(rùn)的碘化鉀遇到臭氧會(huì)分解成單質(zhì)碘，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

3）單質(zhì)的碘遇到淀粉會(huì)變成藍(lán)色。由此驗(yàn)證紫外線能引起物質(zhì)的化學(xué)變化。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論：紫外線具有較高的能量，能引起物質(zhì)的化學(xué)變化。

6 注意事項(xiàng)

由于紫外線殺菌燈發(fā)出的紫外線的波長(zhǎng)一般在280 nm以下，稱為短波滅菌紫外線（它的穿透能力很弱，無(wú)法穿透大部分的透明玻璃及塑料），對(duì)人的眼睛傷害較大，所以盡量不要用眼睛直視發(fā)光的紫外線燈管；人的皮膚也對(duì)這種紫外線敏感，短時(shí)間照射即可灼傷皮膚，所以也要盡量避免紫外線照射裸露的皮膚；如果幾個(gè)班連續(xù)上課，前一個(gè)班做完實(shí)驗(yàn)后，要拔掉兩端的大橡膠塞，讓新鮮的空氣進(jìn)入，管中的臭氧擴(kuò)散，以保證下次實(shí)驗(yàn)的真實(shí)準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：物理選修3-4[M].3版.

北京：人民教育出版社，2010：91-92.

[2]中等師范學(xué)校教科書(shū)：物理學(xué)（第二冊(cè)）[M].2版.北京：人民教育出版社，1996：221-222.endprint