利用螺旋弹簧衍射窥探DNA分子双螺旋结构的精细研究

更细小的螺旋弹簧

最近微主一直在做利用螺旋弹簧衍射窥探DNA双螺旋结构的实验，想尽可能全面地还原当年科学家根据DNA分子衍射图样推测双螺旋结构的思维过程，但是由于自动圆珠笔内的螺旋弹簧的螺距比较大，很多细微的衍射条纹难以分辨，不能进行更细致的探究。

要想开展更细致的探究，就需要更精细的螺旋弹簧。微主来到焦作十一中附近的顺时针魔方俱乐部河南总部求助，技术总监李璐老师是焦作市创客教育名师工作室的指导专家，他有一个专业的电子实验室，计划在他的帮助下用细铜丝在针尖上缠绕一个细小的螺旋弹簧。

在实际操作中发现，细铜丝非常软，非常容易变形，很难保证在实验中各种参数的稳定。李璐老师提出，可以在他的配件库里找找看，如果有更合适的小螺旋弹簧，就不用动手缠了。

最终，在一阵翻箱倒柜之后，从配件箱里找到一个相机的快门机构，从里面卸下一只细小的弹簧，圆珠笔里面的小弹簧在它面前，那是庞然大物。

为了便于小螺旋弹簧的保存，李璐老师赠送了一个小塑料瓶，为了便于操作，李璐老师赠送了一个小镊子，十分贴心。

实验场景

实验时，用小镊子撑开小弹簧，镊子的中间用硬物支撑，确保小弹簧的长度在实验过程中不变。

用PPT翻页器的红激光照射小弹簧，距小弹簧4米远的墙壁上就出现了明暗相间的衍射条纹。

衍射条纹

在衍射图样的一侧贴上一把刻度尺，用手机的夜景模式长时间拍摄下清晰的衍射图样。

条纹宽度测量

将拍摄到的衍射图样照片复制到几何画板中，测定比例尺，发现照片中13.76厘米对应的实际距离为5厘米。

设置测量比例尺

对衍射图样中精细条纹的30个间隔进行测量，发现图像长度为25.10厘米，则精细衍射条纹的间距的实际长度为0.00304米。

测量精细衍射条纹宽度

根据实测，得到波长为5.4×10^7米，衍射距离为4米，条纹宽度为0.00304米，由光栅衍射方程可知，衍射光栅的狭缝间距为D=0.711毫米。

螺距测量

利用50分度游标卡尺测量小螺旋弹簧的螺距，发现11个螺距的长度为7.82毫米，可得小螺旋弹簧的螺距为D=0.710毫米。

在本次实验中，将光栅衍射测螺距与游标卡尺测螺距相比较，发现，小螺旋弹簧螺纹间距的测量误差为0.14%。考虑到拍摄角度并不垂直，实际的误差应该比0.14%稍大一些。

先后经过三次实验探究，对利用螺旋弹簧衍射窥探DNA分子双螺旋结构的科学思维过程有了更加深入的理解。

由可以直接测量宏观物理量分析不能直接测量的微观物理量，由可以肉眼直接观察的物理现象分析肉眼观察不能直接观察的微观现象，是科学研究中最常用的思维方法。

| 创客焦作 | 

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