紫外線化學作用演示儀的制作

弭寶國

摘 要 紫外線的主要特性是化學作用強，但是現行新課標高中物理教材中沒有一個看得見、摸得著的實驗來驗證紫外線具有較高的能量，進而引起物質的化學變化，學生的感性認識較差。為了增強學生的感性認識，便于學生記憶，優化教學效果，設計一個演示實驗——“紫外線化學作用演示儀”，能夠在三分鐘內驗證紫外線具有較高的能量，引起物質的化學變化。

關鍵詞 紫外線；化學作用；演示實驗

中圖分類號：O434.2 文獻標識碼：B

文章編號：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

現行高中物理教材[1]講到紫外線時說：“……波長在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，足以破壞細胞核中的物質，因此可以利用紫外線滅菌消毒。太陽光里有許多紫外線，人體接受適量的紫外線照射，能促進鈣的吸收，改善身體健康，但過強的紫外線會傷害眼睛和皮膚。許多物質在紫外線的照射下會發出熒光，根據這一點可以設計防偽措施。”

這里提到紫外線的兩個作用：生理作用和熒光作用。但是紫外線還有第三個作用：化學作用。多年前的中師物理教材[2]在講到紫外線時說：“紫外線的主要特性是化學作用強，很容易使照相底片感光……”不管是哪種作用，都來源于紫外線具有比可見光高的能量和其特定的頻率。教師在進行這部分內容的教學時，更多的是列舉醫院或自來水廠利用紫外線燈消毒、日光燈通過紫外線照射熒光粉發出白光等，沒有一個看得見，摸得著的實驗來驗證紫外線具有較高的能量，進而引起物質的化學變化，學生的感性認識較差。為了增強學生的感性認識，便于學生記憶，增強教學效果，筆者設計一個演示實驗，命名為“紫外線化學作用演示儀”，能夠在三分鐘內驗證紫外線具有較高的能量，引起物質的化學變化。下面介紹一下具體做法。

1 材料準備

背面是平面、鎮流器、啟輝器置于內部的鐵質30 W（或40 W）的日光燈架一副（包括電源線），可以從電氣商店購買；與之對應的30 W（或40 W）紫外線燈管一只，可以從醫療用品商店購買；102 cm（或130 cm）*10 cm*2 cm的木板一塊，用來制作儀器的底座；10 cm*3 cm*2 cm的小木條兩塊，用來做儀器的底腳；長98 cm、外徑7.5 cm、內徑7.0 cm的建筑用白色不透明塑料管材一段；直徑7 cm左右的大號橡膠塞兒兩個；直徑2 cm左右的小號橡膠塞1個；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的兩個小木條分別固定在長木板的底面離兩端30 cm左右的地方（小木條的長邊垂直于木板的長邊），作為儀器的底腳。

2）固定燈架。打開日光燈架的前蓋板，用電鉆在燈架背面的適當位置打孔，把燈架用木螺絲固定在木板正面的合適位置；在木板上的適當位置打一個較大的孔，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左右的地方各開一個0.9 cm*2.5 cm的長方形孔，使之正好能夠把日光燈的兩個管座放入其中。注意開始時孔要開得小些，然后逐漸擴大，以免把日光燈管座放入時出現較大空隙。還要注意兩個孔要在同一平面上，且長邊互相平行，都垂直于塑料管的中軸線。在這兩個長方形孔的對面管壁的中央，再開一個直徑約2 cm的圓孔，用來放小號橡膠塞，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位置各打一個小孔，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，另一端跨過塑料管，也固定在木板上；另一條鐵皮對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，彎成一個小鉤，插入小號橡皮塞中，實驗時用來懸掛濕潤的碘化鉀淀粉試紙。把這個小橡皮塞塞入塑料管中間的圓孔中，如圖4所示。

7）檢驗安裝是否正確。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光，則說明安裝正確，關閉電源備用。

3 實驗過程

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，看到燈管發光后，去掉玻璃板或塑料布，立刻把掛有濕潤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色。另外，用手在小圓孔附近扇動，引氣入鼻，可以聞到腥臭味。

4 實驗原理

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在紫外線的照射下發生化學變化，生成臭氧，臭氧具有腥臭味。其化學反映方程式如下：

2）濕潤的碘化鉀遇到臭氧會分解成單質碘，其化學反應方程式如下：

3）單質的碘遇到淀粉會變成藍色。由此驗證紫外線能引起物質的化學變化。

5 實驗結論

通過實驗可以得出結論：紫外線具有較高的能量，能引起物質的化學變化。

6 注意事項

由于紫外線殺菌燈發出的紫外線的波長一般在280 nm以下，稱為短波滅菌紫外線（它的穿透能力很弱，無法穿透大部分的透明玻璃及塑料），對人的眼睛傷害較大，所以盡量不要用眼睛直視發光的紫外線燈管；人的皮膚也對這種紫外線敏感，短時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；如果幾個班連續上課，前一個班做完實驗后，要拔掉兩端的大橡膠塞，讓新鮮的空氣進入，管中的臭氧擴散，以保證下次實驗的真實準確。

參考文獻

[1]普通高中課程標準實驗教科書：物理選修3-4[M].3版.

北京：人民教育出版社，2010：91-92.

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