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景山学校学生刘雨鑫挑战物理学定理 [复制链接]

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离线kingstar0815
 

只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2013-08-18


  中国教育在线讯 “当一束光线透过胶体,从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的‘通路’,这种现象叫丁达尔现象,也叫丁达尔效应、丁泽尔现象、丁泽尔效应。”在中学教科书上,英国物理学家约翰·丁达尔首先发现和研究的上述现象,被作为区分胶体和溶液的一种常用物理方法。
  不过,当北京景山学校的刘雨鑫走进北京服装学院应用化学实验室后,这条教科书上的“定理”,却被这个只有17岁的女生“否定”了。
  两年前,作为北京市后备人才培养计划的成员,一直对化学非常感兴趣的刘雨鑫,获得了进入北京服装学院应用化学实验室学习、联合做实验的机会。一次,她不经意间拿起一支绿色的激光笔,照向一杯品红色溶胶时,惊奇地发现,透过玻璃杯,并没有看到“光路”。
刘雨鑫在做实验
  “老师,为什么这瓶溶胶没有丁达尔现象?和课本上说的不一样啊,不是说这是区别溶胶和液体的办法吗?”刘雨鑫当即向实验室的老师发问。在她印象里,初三化学课堂上说的是丁达尔现象可以用于区别胶体与溶液,“这还是中考的考点呢”。
  让刘雨鑫遗憾的是,老师并没有满足她的求知欲,而是用一句“你自己可以找到答案”“打发”了她。“幸亏老师没有直接告诉我答案,让我有了这个自己的发现。”刘雨鑫现在回想起来,对老师的诱导式教学表示感激。
  老师的一句话,激发了刘雨鑫的斗志。喜欢钻研的她,在大学老师的支持下,自己找来了初三化学课本、高中物理光学教材等,开始像侦探破案一样,去寻找“丁达尔”消失背后的谜底。
  实验中,刘雨鑫自己动手制备了纳米金、纳米银溶胶,并且跑到北京大学的化学实验室,用能放大近百万倍的透射电子显微镜观察制得纳米金颗粒大小。“确保制得的酒红色的金溶胶能够为此后的丁达尔现象实验提供良好的胶体环境。”她用专业的研究要求自己。
  为什么课堂上氢氧化铁溶胶,会有明显的丁达尔现象;实验室里的纳米金溶胶却没有?通过细心的观察,刘雨鑫忽然发现,自己在实验室用的是绿色激光笔,而老师在课堂上用的是红色激光笔。
  “难道是光线颜色的问题?”  带着这个疑问,刘雨鑫下载了专业论文研读,同时找来了北大、化工大学等高校的教学教材,着手研究怪现象与光线颜色的联系。她又将课堂教学中单一的红色激光笔,改为了多彩的色光(添加四种滤光镜),很惊奇地发现每次实验得到的结果都不尽相同,并且在入射色光颜色与溶胶颜色互为互补色时,丁达尔现象完全消失。她借用大学的紫外光谱分析仪,分析得到了纳米金溶胶的紫外吸收图,然后与人眼可见光波长及颜色的对比图相比较,终于弄清了丁达尔现象突然消失的根本原因:互补色的光线通过溶胶时,在很大程度上被溶胶吸收了。丁达尔现象的那条光亮“通路”,是由于胶体粒子对光线散射形成的;绿色正是红色的互补色,一旦光线被吸收,自然看不到光线散射的通道。
  这个研究结果,得到了实验室老师的肯定。而刘雨鑫的探索没有止步,她又想到了改进课堂实验演示,将本次实验方法运用到中学教学演示、科学普及展示中。“这样不仅仅可以研究丁达尔现象,还可以启发学生思考色彩的原理,色彩的光学知识。”
  “金溶胶的丁达尔现象实验——对中学化学实验的改进”研究项目中,刘雨鑫将仪器改用酒红色纳米金溶胶,让实验现象更有魅力、更鲜艳,也更吸引人。
  让刘雨鑫开心的是,她的新型实验设备,替代原有的氢氧化铁溶胶,入驻了中国科技馆进行科普演示。学校的化学老师,也“购买”她的设备。“四中还有一个老师也愿意买我的设备。”刘雨鑫骄傲地说,“我已经申请了实用新型设计专利,希望以后能让更多同学分享我的发现。”
  “做这个实验最大的收获,是不能拘泥于课本,就像学习不应仅仅止于考试这个层面。”刘雨鑫像个小大人似地表达自己的科学观。

离线415118229

只看该作者 沙发  发表于: 2015-08-24
这项发现蛮有意思的
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