簡易物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀制作與應用

潘國榮

摘要：針對有些初中學校實驗設(shè)備匱乏而不能開設(shè)“物質(zhì)的導電性”實驗，嘗試利用實驗室通常易得的材料，如小木板等絕緣板、銅片、銅絲、小彈簧、5號或7號小干電池、大號發(fā)光二極管等，制作了簡易的“物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”。實踐表明，該儀器能夠簡便、安全、快速及高效地檢測物質(zhì)的導電性，可用于物理、化學的課堂教學或?qū)W生的課外實驗探究活動。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)導電性；簡易發(fā)光檢測儀；實驗儀器

文章編號：1005–6629（2015）4–0060–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

有關(guān)固體、液體、溶液的導電性實驗是初中物理、化學的重要實驗。由于教科書所使用的裝置與儀器相對復雜，某些學校沒有設(shè)備可做，有的教師嫌麻煩不愿做，導致物理、化學教科書中有關(guān)物質(zhì)的導電性實驗形同虛設(shè)，沒有發(fā)揮其應有的作用。筆者通過不斷的實驗與改進，設(shè)計制作了“物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”。它能夠快速高效地對物質(zhì)導電性進行檢測，因而既可以方便地應用于物理、化學的課堂教學中，也可以隨時隨地安全地應用于學生的課外實驗探究活動。下面作具體介紹，供老師們教學使用。

1 “物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”的制作

1.1 制作材料

小木板、硬紙板或塑料板等絕緣板、銅片、銅絲、小彈簧、小氣釘或大頭針、502膠水、5號或7號小干電池、發(fā)光二極管（紅光、9×12mm規(guī)格）等。

1.2 制作方法

用小木板等絕緣板制作內(nèi)空大約為7號電池用的20×50×10mm或5號電池用的28×55×14mm規(guī)格的小方框。在兩頭距兩邊各5或7mm處分別鑿兩個小孔，一頭安裝發(fā)光二極管，另一頭安裝銅絲作電極探針。發(fā)光二極管正極一邊安裝銅片、負極一邊安裝小彈簧；銅絲電極中負極一邊安裝小彈簧、正極一邊安裝銅片，這樣就制成“物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”了，以下簡稱“發(fā)光檢測儀”，裝上電池就可以使用了，如圖1與圖2所示。

2 物理教學中的應用

“發(fā)光檢測儀”在初中物理教學中的應用主要是兩個方面。

2.1 檢驗導體與絕緣體

給“發(fā)光檢測儀”裝上電池后讓兩根銅絲探針接觸發(fā)光，說明“發(fā)光檢測儀”正常，即可以用于實驗了。把需要檢測的物體直接跟“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針接觸，二極管發(fā)紅光，是導體。如果二極管不發(fā)光，就是絕緣體。我們還可以根據(jù)二極管的發(fā)光強度來判斷導體的導電性強弱。

2.2 比較電阻大小

把需要檢測的物體直接跟“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針接觸，二極管發(fā)出強的紅光，說明電阻小；二極管發(fā)出的紅光弱，說明電阻大。如果待測物體體積較大時，可以在“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針上加長銅絲來使用，不影響效果。

3 化學教學中的應用

3.1 教科書實驗裝置存在的問題

仁愛版初中化學教科書[1]中溶液的導電性實驗如圖3所示，人教版初中化學教科書[2]中溶液導電裝置如圖4所示，滬教版初中化學教科書[3]中溶液的導電性實驗裝置如圖5所示。

從上述實驗裝置示意圖可以看出，教科書的裝置比較繁雜，操作不方便；使用的液體要盛到燒杯的三分之二，非常浪費。

3.2 微型化改進

我們在使用“發(fā)光檢測儀”對晶體或溶液進行導電性實驗時，作了如下的微型化改進。

3.2.1 自立U型管改進法

用80×10mm規(guī)格的玻璃管做成一個U型管，用7號橡皮塞在小的一端鑿一個凹槽，把U型管下端固定在凹槽內(nèi)，使U型管能夠在橡皮塞上立起，如圖6所示。

用膠頭滴管吸取1～2mL溶液注入U型管里（酸與堿的溶液可以分別在U型管的兩邊滴加1～2滴的紫色石蕊試液，使溶液呈現(xiàn)美麗的紅色或藍色，增強實驗的觀賞性），把“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針分別插入U型管的兩邊，讓“發(fā)光檢測儀”立在U型管的上面，如果二極管不發(fā)光，說明溶液不導電；如果二極管發(fā)出了紅光，說明溶液能夠?qū)щ?。如圖7、圖8所示。

3.2.2 小藥瓶改進法

可以用0.5g“注射用頭孢拉定”小藥瓶代替自立U型管。在干燥的小藥瓶里裝少量鹽的晶體，把“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針一起插入小藥瓶里，讓“發(fā)光檢測儀”立在小藥瓶上面，二極管不發(fā)光，說明鹽晶體不導電；向小藥瓶里的鹽晶體加入1～2mL蒸餾水，把“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針一起插入小藥瓶里，二極管發(fā)出了紅光，說明鹽溶液能夠?qū)щ?，如圖9所示。

用膠頭滴管吸取1或2mL的酸或堿的溶液分別放入小藥瓶里（酸與堿的溶液可以在小藥瓶里滴加1～2滴的紫色石蕊試液，使溶液呈現(xiàn)美麗的紅色或藍色，增強實驗的觀賞性），把“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針一起插入小藥瓶里，讓“發(fā)光檢測儀”立在小藥瓶的上面，如果二極管不發(fā)光，說明溶液不導電；如果二極管發(fā)出了紅光，說明溶液能夠?qū)щ姟Ｈ鐖D10、圖11所示。

4 生活中的應用

“發(fā)光檢測儀”除了在物理、化學的課堂教學和學生的課外實驗探究活動中使用以外，在生活中也有多種用途，可以隨時隨地檢驗各種物體的導電性能。

4.1 檢測導線的合格性

判斷一卷（節(jié)）導線中間是否完好時，我們可以用“發(fā)光檢測儀”來檢測，如果導線的兩端分別連接在“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針后二極管發(fā)光正常，說明導線完好。發(fā)光不連續(xù)，導線內(nèi)部可能有斷裂處，接觸不好。不能發(fā)光，說明導線內(nèi)部已經(jīng)斷裂，不能連通。

4.2 檢測電子元件是否損壞

可以用來檢測電子元件是否損壞等。如對于電解電容，可以判斷其具有正反方向都漏電的特性。如果電解電容的兩個接線腳分別連接“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針后，無論正向測試還是反向測試，發(fā)光二極管都很亮，說明電解電容正反向都存在漏電電阻。

4.3 檢驗人體的導電性

當把人體與“發(fā)光檢測儀”的兩根銅絲探針連接后，就會觀察到二極管發(fā)出亮光，如果兩只手比較干燥，則光亮較弱，說明此時人體電阻值大；如果兩只手比較潮濕則光亮較強，說明此時人體電阻值較小。

5 “發(fā)光檢測儀”的創(chuàng)新點

“發(fā)光檢測儀”的創(chuàng)新之處是：

（1）使用大號發(fā)光二極管（發(fā)紅光）代替小燈泡，發(fā)光強度大，紅光對比性強，現(xiàn)象明顯，便于觀察。

（2）使用銅片與彈簧固定電池后，避免了繁瑣的導線連接。

（3）電池的兩極自然分開了，不需要安裝開關(guān)。

（4）電池兩極與發(fā)光二極管的兩極直接接觸，更加直觀。

（5）裝置固定成儀器，能夠長期使用，減輕了實驗前期的準備工作。

（6）小的電極、電池、電燈自然組合為一體，使儀器非常輕巧。

（7）儀器自帶電池，不需要環(huán)境提供電源，可以隨時隨地進行實驗，非常方便和安全。

（8）一種儀器多種用途，能夠用于多學科的實驗探究活動。

6 “發(fā)光檢測儀”的優(yōu)點

“物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”的優(yōu)點是多方面的：一是所用材料便宜；二是制作簡單，學生都能夠制作；三是小巧輕便用途廣泛；四是使用大號發(fā)光二極管后靈敏度高，發(fā)光強度增加，便于觀察，效果好；五是使用非常安全，無危險；六是用于化學課探究晶體與溶液導電性實驗，可以使實驗微型化，大大節(jié)約了藥品，符合現(xiàn)代環(huán)保要求；七是能夠為學生提供安全的課外實驗探究活動裝置，增加學生動手動腦的學習機會。

7 完善“發(fā)光檢測儀”的方法

“物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”看起來比較簡單，可以有許多完善方案：一是使用更加小型的紐扣電池，使“發(fā)光檢測儀”更輕巧；二是使用發(fā)光效果更好的發(fā)光器，讓“發(fā)光檢測儀”更加節(jié)能環(huán)保；三是加裝數(shù)字顯示器，可以測量物質(zhì)導電性強弱；四是改用充電式電池，可以讓“發(fā)光檢測儀”使用時間更長而不必更換電池等。如果把上述完善方案優(yōu)化協(xié)調(diào)統(tǒng)一在一個“發(fā)光檢測儀”上時，就可以制成一個比較先進的“物質(zhì)導電性發(fā)光檢測儀”了。

參考文獻：

[1]沈怡文，陳德余主編.義務教育教科書·化學（九年級）（上冊）[M].北京：科學普及出版社，2012：146.

[2]王晶，鄭長龍主編.義務教育教科書·化學（九年級）（下冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：57.

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