肥皂膜在中学物理实验中的应用

(南京航空航天大学附属高级中学，江苏 南京 210007)

物理学是一门以实验为基础的科学，这决定了实验在物理教学中的重要地位.通过实验可以激发学生学习兴趣和求知欲望、创设物理学习情境、发展学生能力、培养学生的科学态度和科学精神[1].新课程改革强调“关注物理知识在现代生产、生活等方面的广泛应用，以利于激发学生学习科学的兴趣”、提高“实验和探究能力”[2]，所以我们务必要重视实验的意义和价值.

物理演示实验应遵循直观性、便捷性、安全性、启发性等几个原则.肥皂膜就是一个非常典型的实验器材，包含了演示实验绝大部分要求：生活中随处可见，阳光下洗衣服时会飘起漂亮的肥皂泡，还会变换颜色；小孩子会兴高采烈的吹肥皂泡；魔术表演中一个孩子被魔术师罩在一个非常大的肥皂泡中，让人惊奇万分……通过它可以展示很多物理现象和原理，效果明显，学生兴趣高涨，值得我们充分挖掘其教育功能.

肥皂水的配制：用一个500mL的干净烧杯，装入30℃左右的清水200mL，选用泡沫较多的洗衣粉20g左右，将洗衣粉慢慢倒入水中，进行充分地搅拌，配制出饱和的肥皂水．静置几分钟后，用另一个烧杯倒出上面的清亮肥皂水，倒掉没有溶解的洗衣粉和杂质．将烧杯洗干净，在烧杯中倒入20mL左右的甘油[3]，再将配制好的肥皂水倒入，并再次搅拌，使甘油完全溶解，就成为我们所需要的肥皂液．

1 表面张力实验

把一条细棉线的两端系在铁丝环上，棉线略松弛，然后将铁丝环浸入肥皂液里，再拿出来时金属环上形成肥皂膜，棉线仍然是松弛的.用烧热的针刺破棉线某一侧的薄膜，观察现象.

图1

观察到的现象是：原先松弛的细线绷紧了，且向有肥皂膜的一侧弯曲(如图1).因为液体表面分子间距较大，分子间相互作用表现为引力，即为表面张力[4]，从而使液体表面绷紧.

2 液体表面积趋于最小

用金属丝做成立方体框，一根细线系在框架一角，手拎细线的另一端将框架浸入肥皂液中再缓慢取出，观察肥皂膜的形状.用金属丝做成不同形状的立方体框，重复刚才的实验进行观察.

观察到的现象是：虽然金属丝框形状不同，但是上面的肥皂膜总会变成与图2类似的几何形状.液体表面张力使表面收缩、面积趋于最小.

图2

3 光的干涉实验

在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰发出黄光.将金属圆环在肥皂水中蘸一下，金属环上形成肥皂膜.使肥皂膜竖直放置，观察灯焰下肥皂膜的图案.制作新的肥皂膜，将其放在太阳光下再次观察图案.

图3

观察到的现象是：灯焰下肥皂膜呈现明暗相间的条纹，太阳光下呈现彩色条纹.肥皂膜在重力作用下形成上薄下厚的锲形膜，来自前后两个面的反射光相干叠加，在一些位置形成亮纹，另一些位置则形成暗纹，因此在灯焰下形成明暗相间的条纹(如图3).而太阳光中不同波长的光，在不同位置相互加强，因此阳光下肥皂膜的条纹是彩色的.

4 气体热胀冷缩实验

图4

取一烧瓶，然后用带有弯玻璃管的塞子塞住，固定于铁架台上，玻璃管末端套一段橡皮管与漏斗颈相连[5].先用漏斗头蘸取少量肥皂泡，然后用手捂在烧瓶上，使瓶内气体温度升高，观察肥皂泡变化.当手移开后，再次观察其变化(如图4).

观察到的现象是：漏斗头处出现一个逐渐变大的漂亮肥皂泡，说明瓶内气体受热膨胀，使液泡变大.当手移开后，瓶内气体温度降低，体积缩小，肥皂泡又逐渐缩小.肥皂泡大小的变化说明了气体热胀冷缩的性质.

参考文献：

[1]阎金铎，郭玉英．中学物理教学概论[M]．北京：高等教育出版社，2009：107-109.

[2]江苏省教育考试院.2014年江苏省普通高中学业水平测试(选修科目)说明[M]．南京：江苏教育出版社，2013：1-2.

[3]彭友山.肥皂水的新配方[J].物理通报,2006，(7).

[4]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.物理“选修3-3”[M]．北京：人民教育出版社，2010：38.

[5]巩建辉.用肥皂泡做物理实验[J].实验教学与仪器,2003，(4).