用頭發(fā)絲襯托布朗運動

劉結實

懸浮在液體中的小顆粒的布朗運動是分子無規(guī)則運動的實驗證據(jù)。做好觀察布朗運動的實驗，能讓學生清楚地看到布朗運動，是上好“分子的熱運動”這一節(jié)課的關鍵。為了讓學生能使用顯微鏡觀察布朗運動。達到易調、顯見、能比較的目的，筆者對該實驗作了如下改進：在顯微鏡的載玻片上滴有碳素墨水的稀溶液中加放一根頭發(fā)絲，這樣，學生調節(jié)時就容易在顯微鏡中先找到大目標——頭發(fā)絲，再仔細調節(jié)，就可清楚地觀察到頭發(fā)絲旁的小顆粒在無規(guī)則地運動著。

不比不知道，一比就明了。用頭發(fā)絲做襯托，跟頭發(fā)絲相比較，同學們不難得出做布朗運動的小顆粒——布朗粒子不是單個分子的這個結論。這是因為我們熟悉的頭發(fā)絲很細，直徑僅有幾個絲，也就是10^-5米的數(shù)量級。然而經(jīng)過顯微鏡放大后看到的頭發(fā)絲，它的直徑足有好幾個毫米了。但同樣放大的布朗粒子的直徑還只有頭發(fā)絲直徑的百分之幾，由此不難估算出布朗粒子直徑為10^-7米的數(shù)量級。這跟已知的分子直徑為10^-10米的數(shù)量級相比還大10³倍。因此可以斷定布朗粒子不可能是單個分子，因為分子太小，不可能在光學顯微鏡中被觀察到。既然布朗粒子不是單個分子，那么布朗運動就不是分子的運動。但是，用頭發(fā)絲做襯托，以頭發(fā)絲為參照，跟頭發(fā)絲相比較，就會容易發(fā)現(xiàn)較小的粒子在頭發(fā)絲旁忽前、忽后，忽左、忽右地運動著，這是由于周圍的液體分子對這些小微?！祭柿Ｗ幼矒粜Ч黄胶獾慕Y果。這正像“樹動知風”的道理一樣，由于布朗粒子不停息的無規(guī)則運動——布朗運動，反映了液體分子不停息的無規(guī)則運動——分子運動。那么，有時在較暗的房間里可以觀察到射入屋內的陽光中有懸浮在空氣里的小顆粒在飛舞，這是布朗運動嗎?是氣體分子運動的反映嗎?聯(lián)想到觀察布朗運動的實驗中，只有較小的顆粒才做布朗運動，而且顆粒越小，運動越明顯，而那些較大的顆粒(這些顆粒的線度還是比頭發(fā)絲的直徑小得多)是不做布朗運動的。既然線度比頭發(fā)絲的直徑小得多的顆粒尚且不做布朗運動，那么，跟頭發(fā)絲的直徑可以比較的，能用肉眼直接看到的那些空氣里懸浮的小顆粒更談不上會做布朗運動了。因此，這些小顆粒的飛舞絕對不是氣體分子無規(guī)則運動撞擊的結果，而是由于氣體的流動引起的運動。

用頭發(fā)絲襯托布朗運動，既易于調節(jié)觀察，又便于比較分析。這對中學生認識布朗運動的實質，領會布朗運動的意義是很有好處的。

(欄目編輯王柏廬)