果凍細胞的擴散實驗


此實驗的基本流程:

混有酚紅酸鹼指示劑的紅色果凍,放入醋酸水溶液後,果凍會由外向內逐漸變色。藉由這樣的過程進行各種擴散作用的實驗設計


首先說明酚紅果凍的製作方式

材料用超市購買的吉利T,用 1000水加25g吉利T,加入20mL以上的酚紅(酚紅加越多,果凍可以越紅)。這樣的量,約可以做兩個便當盒的果凍。


用電磁爐煮熱水後,加入吉利T和酚紅,不需要到煮沸,只要能溶解就可以。倒入紙便當盒之後,放入冰箱冷卻備用。估計像上面一盒吉利T至少可製作16便當盒的果凍,而且做完實驗後,果凍還可以回收溶化再製作。

另外需要食用醋,我使用的比例是100mL的水加上10mL的醋。越濃有機會讓實驗進行比較快。

在後續實驗,各組需要的所有工具如下:美工刀、護貝方格紙、長鑷子、裝溶液的燒杯、培養皿、電子秤、碼表


實驗一:

細胞擴散實驗
細胞的大小和形狀如何影響材料進出細胞的速度?

  1. 請將細胞切割成規定大小的方塊。
  2. 計算立方體的表面積與體積,記錄在表上。
  3. 將細胞放入裝醋的容器中,紀錄紅色完全消失所需的時間。

紀錄表格

編號

尺寸
(cm)

表面積
(cm2)

體積
(cm3)

比表面積(表面積/體積)
(cm-1)

時間
(sec)

1

1x1x1





2

1x1x8





3

2x2x2





4

1x1x2





5

1x2x2





6

1x1x3





7

1x1x4





8

1x1x5





9

1x2x3





10

1x3x3






上述的一盒果凍,約可分給三組學生使用,讓學生在護貝的方格紙上切割方塊,投入燒杯後計時觀察費時幾秒果凍可變透明。






實驗報告是將這些數據繪製圖表得到結果,並討論哪個因素對擴散速率的影響最大?解釋這個因素這麼重要?


實驗二:

形狀如何影響擴散速率?

設計一個擴散效率最佳的細胞,其體積和質量最大化但擴散時間最小化的細胞,請將你的細胞畫在下方。

這個實驗需要使用電子秤,學生設計好並切割果凍細胞後,放在培養皿上秤重。(須先秤培養皿空重)

學生的分數計算方式是「果凍重量(mg)/時間(sec)」。也就是要能在最短時間內,使最大質量的果凍變透明。這仰賴著學生對於擴散作用的理解程度。

在此實驗中,我另外限定了一個條件,細胞必須在20分鐘內變透明,否則視為死亡。畢竟一個細胞如果要花上20分鐘,都無法使外界的養分擴散到細胞中央,那這細胞怎麼活下來呢?

事實上在此實驗進行前,我們已用了不少時間不斷講解細胞尺寸與擴散作用的關係,但學生還是會做出許多匪夷所思的細胞尺寸。



只有一位鍾同學,因為熟讀之前的教學講義,他做出重量很極端的細胞,一開始還被同學嘲笑,但最後只有他能順利完成。在此我就不說能夠成功的細胞應該具有什麼樣的尺寸特性了,請各位可以自行試試看。


此課程的學習單如下

https://docs.google.com/document/d/1-sxzuN-fOs9OnNZPNEs-n8qHwF_l32F-iMs-WCpW2yE/edit?usp=sharing


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