滲透裝置及實驗結果

Ⅰ 某興趣小組設計了兩套滲透裝置來探究關於滲透作用的問題。

①探究溶液上升速率與半透膜面積和溶液體積的關系
②溶液上升速率與半透膜面積和溶液的體積有關，成正比例關系
（2）①②B﹥C ③大於

Ⅱ 如何用紅細胞探究細胞膜的選擇透過性

細胞膜選擇透過性的一組實驗

細胞膜的選擇通過性是「細胞結構與功能」一節的難點內容之一，也是第2章「滲透作用原理」，「根對礦質離子選擇吸收」的基礎。在教學過程中如能把學生帶進實驗室，使用直觀手段教學，不但有助於突破教學難點，提高教學質量，而且還能引起學生對科學實驗的濃厚興趣。

一、演示擴散、滲透作用裝置

1．演示擴散裝置：將1粒高錳酸鉀輕輕放入1杯清水中，讓學生觀察高錳酸鉀的溶解過程，了解擴散作用的原理。

2．演示滲透裝置：如圖1所示，讓學生思考，推測實驗結果，為理解細胞膜的選擇透過性打下基礎。

圖1

二、演示紅細胞的滲透反應裝置

取3支試管，第1支試管加入2mL 0.9%的生理鹽水、第2支試管加入2mL蒸餾水，第3支試管加入2mL10%的氯化鈉溶液，然後各滴加2滴哺乳動物紅細胞懸浮液，震盪混勻，放在試管架上。引導學生思考：一段時間後，3支試管中將分別出現何種結果，其原因是什麼？在學生思維活動展開並形成一致性結論後即板畫出紅細胞的3種不同形態（圖2），說明紅細胞對水是自由滲透的，水能夠借濃度梯度被動地透過細胞膜，從而引起紅細胞吸水膨脹破裂（溶血）或失水皺縮。

圖2

那麼正常細胞在和環境進行物質交換時，能否也遵循高濃度低濃度的擴散原理，被動地吸收各種不同分子量的物質呢？

給學生分發實驗材料、用具及實驗報告，要求學生在觀察演示實驗2的基礎上，設計實驗方案來驗證自己的設想。最後教師用啟發誘導的方式歸納出一個正確的設想，提出合理的實驗方案來加以驗證。

三、學生實驗——細胞膜被動吸收的驗證

1．實驗原理 紅細胞對水是自由滲透的，但對大多數物質具有選擇透過性，在等滲條件下，稀釋的紅細胞懸浮液呈渾濁狀且透光性差。但當紅細胞溶血後，其懸浮液就變得透明且光線容易透過。本實驗用稀釋的紅細胞懸浮液在不同溶質中是否出現溶血現象，來驗證細胞膜的選擇透過性。

2．材料、用具 量筒、試管和試管架、秒錶、紅細胞懸浮液、蒸餾水、乙二醇、甘油、10%葡萄糖、1%澱粉液。

3．方法步驟 取5支試管編號，並在試管底部背面襯1張印有印刷字體的小紙片，按下表加入下列各種物質，振動混勻後，置於試管架上。當通過試管看到其背面清晰的印刷字體時，此時間即是該溶劑或溶質分子透過紅細胞膜所需的時間，用秒錶記錄，結果記錄在下表中。

細胞膜對不同物質的透性

試管
編號
試劑（mL） 細胞懸浮液（滴） 結果及原因
1 蒸餾水2mL 2
2 乙二醇2mL 2
3 甘油2mL 2
4 10%葡萄糖2mL 2
5 1%澱粉液2mL 2

註：①取新鮮哺乳動物血液適量，按4：1加入5%的檸檬酸鈉溶液，震盪混勻，靜置數小時，待血液分層後，倒去血漿及部分血細胞，再按1：5的比例加入0.9%的生理鹽水靜置，分層後，倒去上清液即成。

②1g澱粉加0.9%的生理鹽水至100mL，煮開後冷卻。

4．實驗結論 實驗表明小分子物質（如、、甘油、乙二醇、葡萄糖）能夠藉助簡單的擴散作用，透過細胞膜，而大分子物質（如澱粉、蛋白質）則不能通過。然後教師依據實驗結論講述自由擴散和協助擴散原理。

四、細胞膜生動吸收是生活細胞的特徵

細胞膜具有一種非常重要的特性，就是能選擇性地透過一些物質，一些離子、小分子可以以自由擴散、協助擴散的方式順利通過，另一些「禁止通行」。如果細胞死亡，則細胞膜將失去選擇透性，也就失去了主動吸收的功能。

1．教師演示實驗 取2支試管，分別放入1朵蒲公英（或其他有色花瓣）並注入適量清水，將其中1支試管放在酒精燈上加熱至沸，引導學生觀察並分析實驗結果。

2．學生實驗——小麥種子發芽率的快速測定：提供浸泡5h的小麥種子，10%的紅墨水（染色劑）、刀片、培養皿、載玻片。由學生自己設計實驗步驟，分析實驗結果。教師巡視，個別指導。實驗結束後，教師對比前一個煮花瓣的實驗，進一步講清主動吸收的原理。

Ⅲ 實驗二 達西滲透實驗

1.實驗目的

1)通過穩定流條件下的滲透實驗，進一步加深理解線性滲透定律———達西定律。

2)加深理解滲透流速(v)、水力坡度(I)、滲透系數(K)之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數(K)的方法。

2.實驗內容

1)了解達西滲透實驗裝置(圖B-2、圖B-3)。

2)驗證達西滲透定律。

3)測定不同試樣的滲透系數。

3.實驗原理

在岩石空隙中，由於水頭差的作用，水將沿著岩石的空隙運動。由於空隙的大小不同，水在其中運動的規律也不相同。實踐證明，在自然界絕大多數情況下，地下水在岩石空隙中的運動服從線性滲透定律:

圖B-2 達西儀裝置圖(底部進水)

水文地質學概論

式中:Q為滲透流量，m³/d或cm³/s;K為滲透系數，m/d或cm/s;ω為過水斷面面積，m²或cm²;Δh為上、下游過水斷面的水頭差，m或cm;L為滲透途徑的長度，m或cm;I為水力坡度(或稱水力梯度)， ;v為滲透流速，m/d或cm/s。

利用該實驗可驗證達西線性滲透定律:Q=KωI或v=KI。其主要內容為:流量(Q)(或v)與水力坡度(I)的一次方成正比。在實驗時多次調整水力坡度(改變水頭)，看其流量(Q)(或v)的變化是否與水力坡度一次方成正比關系。

實驗時，可直接測定流量(Q)、過水斷面面積(ω)和水力坡度(I)，從而可求出滲透系數(K)值

室內測定滲透系數，主要採用達西儀。其實驗方法有兩種:①達西儀由底部供水，出水口在上部(圖B-2)。實驗過程中，低水頭固定，調節高水頭;②達西儀是由頂部供水，水流經砂柱，由下端流出(圖B-3)。實驗過程中，高水頭固定，調節低水頭，即調節排水口的高低位置。由底部供水的優點是容易排出試樣中的氣泡，缺點是試樣易被沖動。由頂部供水的優缺點與前一種正好相反。本實訓以頂部供水的達西儀為例進行介紹。

4.實驗儀器及用品

1)達西儀(圖B-3)。

2)量筒(500mL)1個。

3)秒錶。

圖B-3 達西儀裝置圖(頂部進水)(編號說明見圖B-2)

4)搗棒。

5)試樣:①礫石(粒徑5～10mm);②砂(粒徑0.6～0.9mm);③砂礫混合(①與②混合)樣。

5.實驗步驟

(1)實驗前的准備工作

1)測量:分別測量金屬圓筒的內徑(d)，根據 計算出過水斷面面積(ω)和各測壓管的間距或滲透途徑(L)，將所得ω、L數據填入表B-2中。

2)裝樣:先在金屬圓筒底部金屬網上裝2～3cm厚的小砂石(防止細粒試樣被水沖走)，再將欲實驗的試樣分層裝入金屬圓筒中，每層3～6cm厚，搗實，使其盡量接近天然狀態的結構，然後自上而下進行注水(排水管2和水源5連接)，使砂逐漸飽和，但水不能超出試樣層面，待飽和後，停止注水。如此繼續分層裝入試樣並飽和，直至試樣高出上測壓管孔3～4cm為止，在試樣上再裝厚3～4cm小礫石作緩沖層，防止沖動試樣。

3)調試儀器:在每次試驗前，先給試樣注水，使試樣全部飽水(此時溢水管7有水流出)待滲流穩定後，停止注水。然後檢查3個測壓管中水面與金屬圓筒溢水面是否保持水平，如水平，說明管內無氣泡，可做實驗。如不水平，說明管內有氣泡，需排出。排氣泡的方法是用吸耳球對准水頭偏高的測壓管緩慢吸水，使管內氣泡和水流一起排出。用該方法使3個測壓管中水面水平，此時儀器方可進行實驗。

以上工作也可由實驗室教師在實驗課前完成。

(2)正式進行實驗

1)測定水頭:把水源5與排水管2分開，將排水管2放在一定高度上，打開水源5使金屬圓管內產生水頭差，水在試驗中從上往下滲透，並經排水口流出，此時溢水管7要有水溢出(保持常水頭)。當3個測壓管水頭穩定後，測得各測壓管的水頭，並計算出相鄰兩測壓管水頭差，填入表B-2中。

2)測定流量:在進行上述步驟的同時，利用秒錶和量筒測量時間(t)內排水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連續兩次，使流量的相對誤差小於5%(相對誤差(δ)= ，Q₁、Q₂分別為兩次實驗流量值，取平均值填入表B-2中。

表B-2 達西滲流實驗報告表

3)按由高到低或由低到高的順序，依次調節排水管口的高度位置，改變Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個測壓管的水頭管讀數。重復步驟1和2，做2～4次，即完成3～5次實驗，取得3～5組實驗數據。

實驗過程中注意:①實驗過程中要及時排除氣泡，並保持常水頭;②為准確繪制v-I曲線，要求測點分布均勻，即流量(水頭差)的變化要控制適度。

(3)資料整理

依據以上實驗數據，按達西公式計算出滲透系數值，並求出其平均值，填入表B-2中。

6.實驗成果

1)提交實驗報告(表B-2)。

2)抄錄其他小組另外兩種不同試樣的實驗數據(有時間時，可自己動手做)。在同一坐標系內，以v(滲透流速)為縱坐標，I(水力坡度)為橫坐標，繪出3種試樣的v-I曲線，驗證達西定律。

復習思考題

1.當試樣中水未流動時，3個測壓管的水頭與溢水口水面保持在同一高度，為什麼?

2.為什麼要在測壓管水頭穩定後再測定流量?

3.三種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。

4.比較不同試樣的滲透系數(K)值，分析影響K值的因素?

5.在實驗過程中為什麼要保持常水頭?

6.將達西儀平放或斜放進行實驗時，其實驗結果是否相同?為什麼?

Ⅳ 滲透作用的實驗說明

把蠶豆種皮（或動物膀胱膜）緊縛在漏鬥上，注入蔗糖溶液，然後把整個裝置浸入盛有清水的回燒杯中答，漏斗內外液面相等。由於蠶豆種皮是接近半透膜(semipermeable membrane)(即讓水分子通過而蔗糖分子不能透過的一種薄膜)，所以整個裝置就成為一個滲透系統。在一個滲透系統中，水的移動方向決定於半透膜兩邊溶液的水勢高低。水勢高的溶液的水，流向水勢低的溶液。實質上，半透膜兩邊的水分子是可以自由通過的，可是清水的水勢高，蔗糖溶液的水勢低，從清水到蔗糖溶液的水分子比從蔗糖溶液到清水的水分子多，所以在外觀上，燒杯中清水的水流入漏斗內，漏斗內的玻璃管內液面上升，靜水壓也開始增高。隨著水分逐漸進入玻璃管內，液面越上升，靜水壓也越大，壓迫水分從玻璃管內向燒杯移動速度就越快，膜內外水分進出速度越來越接近。最後，液面不再上升，停留不動，實質上是水分進出的速度相等，呈動態平衡。

Ⅳ 滲透作用滲透實驗

滲透作用是一個現象，其基礎是半透膜（一種允許水分子通過而阻止蔗糖分子的薄膜）的存在。在這個現象中，蠶豆種皮被緊縛在漏鬥上，注入蔗糖溶液，並將整個裝置浸入盛有清水的燒杯中。此時，漏斗內外液面相等，形成了一個滲透系統。

在滲透系統中，水的移動方向由半透膜兩邊溶液的水勢高低決定。水勢高的溶液的水流向水勢低的溶液。事實上，半透膜兩邊的水分子是可以自由通過的。清水的水勢高，而蔗糖溶液的水勢低。因此，從清水到蔗糖溶液的水分子比從蔗糖溶液到清水的水分子多。外觀上，燒杯中的清水逐漸流入漏斗內，導致漏斗內的玻璃管內液面上升，並形成靜水壓。

隨著水分逐漸進入玻璃管內，液面越上升，靜水壓也越大。這促使水分從玻璃管內向燒杯移動的速度加快。隨著時間的推移，膜內外水分進出速度逐漸接近，直至液面不再上升，達到動態平衡。此時，水分從水勢高的系統通過半透膜向水勢低的系統移動的現象被稱為滲透作用。

滲透作用的原理在於，水分子總是從水勢高的區域移動到水勢低的區域，以達到能量的最低狀態。在滲透系統中，這種移動促使水分在半透膜兩側之間流動，直到達到動態平衡。這一過程揭示了水分在不同濃度溶液之間的移動機制，是生物學、化學和物理學等領域中一個基本而重要的概念。

滲透作用（osmosis）兩種不同濃度的溶液隔以半透膜（允許溶劑分子通過，不允許溶質分子通過的膜），水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度溶液中的現象。或水分子從水勢高的一方通過半透膜向水勢低的一方移動的現象。