布朗運動實驗中的常見問題及解決方法

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1、布朗運動實驗中的常見問題及解決方法 布朗運動是形成分子熱運動概念的基礎(chǔ)實驗，它表明分子無規(guī)則運動特點、具有典型意義的科學(xué)實驗之一。由于對布朗運動現(xiàn)象的解釋，學(xué)生要用統(tǒng)計的觀點和方法進行分析，初次學(xué)起來比較困難，因此要求教學(xué)中一定要讓每一個學(xué)生都能清楚地觀察到布朗運動現(xiàn)象。 在做布朗運動實驗中，經(jīng)常會出現(xiàn)以下一些問題困擾教師，并影響實驗效果。 （1）微粒取材不易 教參中提到的懸濁液顆粒：花粉、藤黃一般不易得到，而使用稀釋的碳素墨水或墨汁，則由于其顆粒太小，如果沒有1500倍左右的高倍顯微鏡實際上是看不清布朗運動的。有的教參中提到：美術(shù)顏料用清水稀釋后也可作為微粒。顏料顯然取材容易，但是使

2、用什么顏料、稀釋到什么程度、怎樣操作、觀察效果怎樣等細節(jié)問題卻要靠教師自己摸索，給教師準備布朗運動實驗帶來了麻煩。 （2）濁液容易干涸 由于蓋玻片與凹坑層有空隙存在毛細現(xiàn)象，使懸濁液產(chǎn)生蒸發(fā)而逐漸減少，影響觀察。一般晴朗的氣候，空隙沒有密封的觀察片只能保持一節(jié)課的觀察時間，碰到干燥的天氣，十幾分鐘的時間凹坑內(nèi)的懸濁液便所剩無幾，若是給平行班上課，教師在每節(jié)課前不可避免地要重復(fù)以下操作：擦拭干凈載玻片、蓋玻片，裝懸濁液，調(diào)光，調(diào)焦（粗調(diào)、細調(diào)）。曾經(jīng)有教師提出：用蠟把蓋玻片周圍的空隙密封，以延長有效的觀察時間。此方法設(shè)計思想正確，但用材不當，導(dǎo)致操作困難，清理時又常常會損壞蓋玻片。顯然用蠟作

3、為密封材料不宜推廣。 （3）光源易受影響 學(xué)生通常使用生物顯微鏡觀察，適當亮度（使微粒與背景有明顯的對比度）的光線透射是看清布朗運動現(xiàn)象的前提。由于這種光學(xué)顯微鏡是通過反光面鏡反射漫射的太陽光或室內(nèi)其它照明燈光的光線作為光源，因此當周圍的光線有變化（如人員走動、阻擋或室外遮云的移動）或者顯微鏡有輕微的位置移動都會直接影響面鏡反光的亮度或角度，造成對比度明顯下降，從而給觀察者帶來操作上的不便。那么怎樣才能行之有效地消除這些困擾？本人通過不斷實驗、對比和改進，從取材和制作上下功夫，解決上述問題，能基本實現(xiàn)觀察實驗的設(shè)計理念：取材容易、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、重復(fù)性強，現(xiàn)象觀察效果較好。 1　微粒

4、的選取與懸濁液的制備 懸浮顆粒的選擇和懸濁液的制備是決定能否清楚地觀察到布朗運動現(xiàn)象的關(guān)鍵。雖然布朗運動對顆粒的品種無要求，任何小顆粒都能產(chǎn)生布朗運動，但是把握顆粒的特征和恰當?shù)南♂屌渲剖侨〉美硐胄Ч年P(guān)鍵。 第一、要重點考慮顆粒的體積不能太大也不能太小。顆粒太大，現(xiàn)象不明顯，甚至不產(chǎn)生布朗運動，原因是周圍液體分子對顆粒的各個方向的沖力的平均效果易互相平衡；顆粒越小，顯然布朗運動現(xiàn)象越明顯，但相應(yīng)地要求顯微鏡的倍數(shù)也就越高，同時顯微鏡對透射光線的要求也會相應(yīng)的嚴格，此外眼睛也容易疲勞。所以要考慮硬件設(shè)備條件的限制，不能盲目追求太小的顆粒。鑒于觀察工具普遍使用1640倍的生物顯微鏡，通過實驗

5、對比，我的結(jié)論是懸浮顆粒的線度以0．3～0．8μm為最佳，這種顆粒在640倍的顯微鏡里看到的像相當于看距眼睛20cm之遠、有淺白色背景襯托的線度為0．2～0．5mm的一個小黑點，布朗運動現(xiàn)象相當清楚：線度約為0．2mm的像在1s時間里，絕大多數(shù)有1～2mm的移動路程。這時眼睛即使盯住某一顆粒觀察一分鐘也不會太疲勞。 第二、要兼顧顆粒的比重和親水性。最好選擇與水的比重相當或略大的、能與水良好浸潤的小顆粒，這種顆粒能較長時間懸浮在液體中。若顆粒太輕則容易上浮而集結(jié)在蓋玻片上，而顆粒太重則會很快沉淀到載玻片上，這兩種情況的出現(xiàn)都將不利于觀察。雖然這一點考慮與否，對實驗效果影響不大，但兼顧一下，在制

6、備懸濁液時將會省時、省力。經(jīng)過比較，我認為比較滿意的材料是：宣傳色顏料或水粉畫顏料。用這兩種顏料配制懸濁液較方便，從結(jié)果上看，顆粒大小適中、分布均勻、懸浮時間較長，實驗效果比較好。 第三、也要兼顧顆粒的顏色。從實驗清晰度上分析，顏料顏色的取舍比較寬松，只要避免使用較淺色的，均能取得比較好的效果。我們在顯微鏡里看到的“顆?！?，實際上是顆粒遮擋透射光所留影子的像，所以不管顆粒是什么顏色，在顯微鏡里通過調(diào)焦后清楚的像大多呈黑色顆粒（當然由于懸濁液顆粒對透射光的漫反射會使一些顆粒的中心呈現(xiàn)它原有的顏色）。而那些不在同一觀察層面上的顆粒，不會出現(xiàn)上述的色差特征。比如，觀察層下面一點的顆粒會呈現(xiàn)中間灰暗周圍稍白的小圓圈（要看清這種顆粒，只要鏡筒向下細調(diào)一點即可）。所以配制時不用淺色顏色料是為了消除懸濁液由于漫反射以及顆粒中心反光所引起的對比度減弱，從而能提高觀察較小顆粒的清晰度。 第 3 頁 共 3 頁