給光找條“通路”

曹偉

當(dāng)你漫步在林間小道，抬頭仰望天空，你會不會感覺到陽光如絲一般，透過樹葉的孔隙傾瀉而下？這時，你可以看到陽光，可以看到它一束束打在身上，宛如仙境。這種現(xiàn)象經(jīng)常在我們的生活中出現(xiàn)，而其產(chǎn)生原理便是我們熟知的丁達(dá)爾現(xiàn)象。

北京景山學(xué)校高中二年級劉雨鑫介紹，早在初三的化學(xué)課堂，她就接觸到身邊最為常見的丁達(dá)爾現(xiàn)象，即當(dāng)一束光線透過膠體時，可以觀察到膠體里出現(xiàn)一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象便叫丁達(dá)爾效應(yīng)（Tyndall effect），也叫丁達(dá)爾現(xiàn)象。此現(xiàn)象常常用于區(qū)別膠體與溶液，這是中考范圍內(nèi)唯一的考點，至于更深入的原理則讓學(xué)生們在高中、甚至是大學(xué)時再探究。直到高一時，劉雨鑫再次聽到丁達(dá)爾效應(yīng)，于是她找到物理組學(xué)習(xí)光學(xué)知識，并且在看過大量文獻(xiàn)后，將自己對丁達(dá)爾現(xiàn)象實驗的疑問和導(dǎo)師交流，并得到了支持和幫助，于是開始了“金溶膠的丁達(dá)爾現(xiàn)象實驗——對中學(xué)化學(xué)實驗的改進(jìn)”的研究。

實驗中，劉雨鑫自己制備了納米金、納米銀溶膠，且利用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡觀察制得納米金顆粒大小，確保制得的酒紅色的金溶膠能夠為此后的丁達(dá)爾現(xiàn)象實驗提供良好的膠體環(huán)境。在丁達(dá)爾現(xiàn)象實驗中，她將課堂教學(xué)中單一的紅色激光筆改為了多彩的色光（添加四種濾光鏡），很驚奇地發(fā)現(xiàn)每次實驗的現(xiàn)象都不盡相同，并且在入射色光顏色與溶膠顏色互為互補(bǔ)色時——綠色光的照射下，丁達(dá)爾現(xiàn)象完全消失。實驗結(jié)果與課本學(xué)習(xí)的知識并不完全相同。

為了解決這一難題，劉雨鑫閱讀了北京大學(xué)、北京化工大學(xué)等高校的教材，著手研究此現(xiàn)象與互補(bǔ)色的聯(lián)系，并運用紫外光譜分析儀得到了納米金溶膠的紫外吸收圖，與人眼可見光波長及顏色的對比圖相比較，弄清了丁達(dá)爾現(xiàn)象突然消失的根本原因：互補(bǔ)色在一定程度上相互吸收。由此，劉雨鑫把中學(xué)課堂中一個看似很簡單的化學(xué)實驗探明了現(xiàn)象實質(zhì)，了解了它的制約條件，并為丁達(dá)爾效應(yīng)的理解開創(chuàng)了一個新角度。劉雨鑫的創(chuàng)新之處有：

1.改用酒紅色納米金溶膠之后，實驗現(xiàn)象更有魅力，更鮮艷，吸引人。

2.不僅僅可以研究丁達(dá)爾現(xiàn)象，還可以啟發(fā)學(xué)生思考色彩的原理、色彩的光學(xué)知識。可將實驗方法運用到中學(xué)教學(xué)演示、科學(xué)普及展示中。

2012年10月，劉雨鑫制備的納米金溶膠、銀溶膠“丁達(dá)爾現(xiàn)象”也正式成為中國科技館科普展示項目，替代原有的氫氧化鐵溶膠的演示。劉雨鑫說：“這不僅僅是對試驗結(jié)果的肯定，也讓我在推廣教學(xué)這一方面邁出了第一步。”