紫外线化学作用演示仪的制作

弭宝国

摘 要 紫外线的主要特性是化学作用强，但是现行新课标高中物理教材中没有一个看得见、摸得着的实验来验证紫外线具有较高的能量，进而引起物质的化学变化，学生的感性认识较差。为了增强学生的感性认识，便于学生记忆，优化教学效果，设计一个演示实验——“紫外线化学作用演示仪”，能够在三分钟内验证紫外线具有较高的能量，引起物质的化学变化。

关键词 紫外线；化学作用；演示实验

中图分类号：O434.2 文献标识码：B

文章编号：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

现行高中物理教材[1]讲到紫外线时说：“……波长在5 nm到370 nm之间的电磁波是紫外线，紫外线具有较高的能量，足以破坏细胞核中的物质，因此可以利用紫外线灭菌消毒。太阳光里有许多紫外线，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康，但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤。许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，根据这一点可以设计防伪措施。”

这里提到紫外线的两个作用：生理作用和荧光作用。但是紫外线还有第三个作用：化学作用。多年前的中师物理教材[2]在讲到紫外线时说：“紫外线的主要特性是化学作用强，很容易使照相底片感光……”不管是哪种作用，都来源于紫外线具有比可见光高的能量和其特定的频率。教师在进行这部分内容的教学时，更多的是列举医院或自来水厂利用紫外线灯消毒、日光灯通过紫外线照射荧光粉发出白光等，没有一个看得见，摸得着的实验来验证紫外线具有较高的能量，进而引起物质的化学变化，学生的感性认识较差。为了增强学生的感性认识，便于学生记忆，增强教学效果，笔者设计一个演示实验，命名为“紫外线化学作用演示仪”，能够在三分钟内验证紫外线具有较高的能量，引起物质的化学变化。下面介绍一下具体做法。

1 材料准备

背面是平面、镇流器、启辉器置于内部的铁质30 W（或40 W）的日光灯架一副（包括电源线），可以从电气商店购买；与之对应的30 W（或40 W）紫外线灯管一只，可以从医疗用品商店购买；102 cm（或130 cm）*10 cm*2 cm的木板一块，用来制作仪器的底座；10 cm*3 cm*2 cm的小木条两块，用来做仪器的底脚；长98 cm、外径7.5 cm、内径7.0 cm的建筑用白色不透明塑料管材一段；直径7 cm左右的大号橡胶塞儿两个；直径2 cm左右的小号橡胶塞1个；2 cm*25 cm的白色铁皮两条；曲别针一枚；5 cm*5 cm的一小块普通玻璃或透明塑料布一块；碘化钾淀粉试纸若干；矿泉水适量；木螺丝若干。

2 制作过程

以30 W紫外线灯管为例。

1）安装底脚。把10 cm*3 cm*2 cm的两个小木条分别固定在长木板的底面离两端30 cm左右的地方（小木条的长边垂直于木板的长边），作为仪器的底脚。

2）固定灯架。打开日光灯架的前盖板，用电钻在灯架背面的适当位置打孔，把灯架用木螺丝固定在木板正面的合适位置；在木板上的适当位置打一个较大的孔，引出电源线，扣好前盖板，如图1所示。

3）在塑料管壁上打孔。在距离塑料管材两端5 cm左右的地方各开一个0.9 cm*2.5 cm的长方形孔，使之正好能够把日光灯的两个管座放入其中。注意开始时孔要开得小些，然后逐渐扩大，以免把日光灯管座放入时出现较大空隙。还要注意两个孔要在同一平面上，且长边互相平行，都垂直于塑料管的中轴线。在这两个长方形孔的对面管壁的中央，再开一个直径约2 cm的圆孔，用来放小号橡胶塞，如图2所示。

4）固定塑料管。把塑料管安装在日光灯架上；在白铁皮的两端适当位置各打一个小孔，把铁皮的一端用木螺丝固定在离木板一端20 cm左右的地方，另一端跨过塑料管，也固定在木板上；另一条铁皮对称地固定在木板的另一端，白铁皮的作用是把塑料管固定在木板上，如图3所示。

5）安装灯管。用橡皮泥封堵日光灯管座和塑料管壁之间的空隙；安装紫外线灯管；用大号橡皮塞封堵塑料管的两端，如图4所示。

6）制作小铁钩。剪一段曲别针，弯成一个小钩，插入小号橡皮塞中，实验时用来悬挂湿润的碘化钾淀粉试纸。把这个小橡皮塞塞入塑料管中间的圆孔中，如图4所示。

7）检验安装是否正确。取下小橡胶塞，在小孔上盖上普通玻璃板或透明塑料，接通电源，如果看到紫外线灯管正常发光，则说明安装正确，关闭电源备用。

3 实验过程

首先，取下管壁上方的小橡胶塞，在小孔上盖上普通玻璃板或透明塑料布，撕一条碘化钾淀粉试纸，用纯净水浸湿，挂在小铁钩上；其次，用另一只手接通紫外线灯的电源，看到灯管发光后，去掉玻璃板或塑料布，立刻把挂有湿润的碘化钾淀粉试纸的小橡胶塞塞入塑料管上方的小孔中；第三，等待大约三分钟，关闭紫外线灯的电源，取下小橡胶塞，看到碘化钾淀粉试纸变蓝色。另外，用手在小圆孔附近扇动，引气入鼻，可以闻到腥臭味。

4 实验原理

1）由于塑料管中封闭了一定量的空气，这部分空气中的氧气会在紫外线的照射下发生化学变化，生成臭氧，臭氧具有腥臭味。其化学反映方程式如下：

2）湿润的碘化钾遇到臭氧会分解成单质碘，其化学反应方程式如下：

3）单质的碘遇到淀粉会变成蓝色。由此验证紫外线能引起物质的化学变化。

5 实验结论

通过实验可以得出结论：紫外线具有较高的能量，能引起物质的化学变化。

6 注意事项

由于紫外线杀菌灯发出的紫外线的波长一般在280 nm以下，称为短波灭菌紫外线（它的穿透能力很弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料），对人的眼睛伤害较大，所以尽量不要用眼睛直视发光的紫外线灯管；人的皮肤也对这种紫外线敏感，短时间照射即可灼伤皮肤，所以也要尽量避免紫外线照射裸露的皮肤；如果几个班连续上课，前一个班做完实验后，要拔掉两端的大橡胶塞，让新鲜的空气进入，管中的臭氧扩散，以保证下次实验的真实准确。

参考文献

[1]普通高中课程标准实验教科书：物理选修3-4[M].3版.

北京：人民教育出版社，2010：91-92.

[2]中等师范学校教科书：物理学（第二册）[M].2版.北京：人民教育出版社，1996：221-222.endprint