談?wù)劜祭蔬\(yùn)動演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

徐明+徐慧

摘 要：詳細(xì)介紹了利用帶攝像頭的顯微鏡演示布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的方法及其出色的效果。

關(guān)鍵詞：布朗運(yùn)動；演示方法；電腦投影；出色效果

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）7（S）-0054-2

1 布朗運(yùn)動簡介

人教版選修3—3第七章《分子動理論》的第二節(jié)《分子的熱運(yùn)動》是分子動理論的重要內(nèi)容。我們無法直接看到分子做無規(guī)則運(yùn)動，但是我們可以通過實(shí)驗(yàn)間接的來研究。1827年，英國植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察水中懸浮的花粉時(shí)，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒不停地作無規(guī)則的運(yùn)動，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上證明了分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動的科學(xué)事實(shí)。后人為了紀(jì)念布朗的偉大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)精神，以他的名字命名該實(shí)驗(yàn)，叫布朗運(yùn)動。因此，布朗運(yùn)動對于分子熱運(yùn)動的教學(xué)有著非常重要的作用。

布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個(gè)方向液體分子撞擊作用不平衡造成的。顯微鏡下看到的是固體的微小懸浮顆粒，因?yàn)橐后w分子太小，液體分子是看不到的。但液體中許許多多做無規(guī)則運(yùn)動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時(shí)，它受到來自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。在某一瞬間，微小顆粒在某個(gè)方向受到撞擊作用強(qiáng)，它就沿著這個(gè)方向運(yùn)動。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強(qiáng)，它又向著另一個(gè)方向運(yùn)動。任一時(shí)刻微小顆粒所受的撞擊在某一方向上占優(yōu)勢只能是偶然的，這樣就引起了微粒的無規(guī)則的布朗運(yùn)動（圖1）。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞擊的分子越多，撞擊作用的不平衡性就越不明顯，以至可以認(rèn)為撞擊作用互相平衡，因此布朗運(yùn)動不明顯，甚至觀察不到。反之，懸浮在液體中的顆粒越小，在某一瞬間跟它相撞擊的分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就越明顯。布朗運(yùn)動微粒大小在10-6m數(shù)量級時(shí)，液體分子大小在10-10m數(shù)量級，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因此，布朗運(yùn)動越明顯。液體溫度越高，分子做無規(guī)則運(yùn)動越激烈，撞擊微小顆粒的作用就越激烈，而且撞擊次數(shù)也加大，造成布朗運(yùn)動越激烈。

2 傳統(tǒng)的布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)

教學(xué)中老師經(jīng)常演示的布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)一般有兩種：

（1）“布朗運(yùn)動模擬演示器”投影演示，雖然觀察起來較為方便，但由于是簡單的模擬，很容易引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、真實(shí)性的質(zhì)疑。另外在吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣方面效果都不是很好。

（2）用顯微鏡做布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，由于顯微鏡的自身限制，觀察者僅限少數(shù)人，故對于全班的演示實(shí)驗(yàn)來說，效果也不甚理想。另外用花粉做實(shí)驗(yàn)成功率低，把握不大，對于教學(xué)演示也具有一定的偶然性。

3 布朗運(yùn)動演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.懸浮微粒的改進(jìn)：在教學(xué)中嘗試多種懸浮顆粒，花粉的顏色較淺，不易獲得大量的花粉；嘗試用墨汁，由于墨汁的顆粒更?。z體，一般在1nm—100nm之間），不易于被顯微鏡觀察。通過多次實(shí)驗(yàn)最終選取這樣的材質(zhì)——廣告畫顏料，顆粒大小合適，且顏色種類較多，易于觀察。通過多次不同顏色的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黃顏色的廣告畫顏料比其他顏色的效果都好。

2.懸浮溶液的配制：取一個(gè)燒杯，盛30mL蒸餾水，選用蒸餾水是防止懸濁液中微生物等。然后將黃豆大小的廣告畫顏料（黃色）放入蒸餾水中，用玻璃棒將懸濁液攪拌均勻。顏料不宜太多，否則懸濁液濃度過大，小顆粒過多，反而不便于觀察。把過濾紙做成漏斗狀，底部留有一小縫隙，放入玻璃漏斗中。如圖2所示，將懸濁液倒入該漏斗過濾，過濾掉較大顆粒和其他雜質(zhì)。

3.載玻片上凹槽的加工：取一塊干凈的載玻片，上面放比黃豆大一點(diǎn)的一塊石蠟，然后用20W內(nèi)熱式電烙鐵的銅頭接觸石蠟，使之熔化后形成厚0.5mm左右的均勻薄層。用小刀和棉簽在石蠟薄層的中央仔細(xì)地挖一個(gè)直徑1cm的凹槽。

4.布朗運(yùn)動的觀察方式的改進(jìn)：用滴管將配制好的懸濁液滴入載玻片的凹槽中，用蓋玻片蓋好、壓緊，注意不要留有氣泡。將盛有被觀察液體制成的載玻片，放在一臺顯微鏡上調(diào)節(jié)好，當(dāng)觀察到到“布朗運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，用一架帶有顯微攝像功能的攝像頭替換顯微鏡的目鏡（我們采用了杭州智力達(dá)科教設(shè)備有限公司生產(chǎn)的生物顯微演示裝置，儀器編號2724）。將顯微攝像頭的信號輸出端連接到電腦上，為了能清晰看到“布朗運(yùn)動”的大幅畫面，在顯微鏡前安放一臺燈，增加觀察的亮度，如圖3。此時(shí)在電腦投影幕上就可以看到“布朗運(yùn)動”的大幅畫面，如圖4，大量的黃色廣告畫懸浮顆粒一直做無規(guī)則運(yùn)動。電腦投影幕上畫面如圖5。

所有的學(xué)生都可以清晰的觀察到布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析這些畫面，記錄某一顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動軌跡，進(jìn)行討論，從而加深學(xué)生對布朗運(yùn)動實(shí)質(zhì)的理解。整個(gè)實(shí)驗(yàn)僅用幾分鐘就可以完成，既節(jié)省了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，也可以取得非常好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐慧，王小平，王峰.尊重認(rèn)知規(guī)律 合理演示實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué)探討，2012，（5）：53.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：詳細(xì)介紹了利用帶攝像頭的顯微鏡演示布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的方法及其出色的效果。

關(guān)鍵詞：布朗運(yùn)動；演示方法；電腦投影；出色效果

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）7（S）-0054-2

1 布朗運(yùn)動簡介

人教版選修3—3第七章《分子動理論》的第二節(jié)《分子的熱運(yùn)動》是分子動理論的重要內(nèi)容。我們無法直接看到分子做無規(guī)則運(yùn)動，但是我們可以通過實(shí)驗(yàn)間接的來研究。1827年，英國植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察水中懸浮的花粉時(shí)，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒不停地作無規(guī)則的運(yùn)動，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上證明了分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動的科學(xué)事實(shí)。后人為了紀(jì)念布朗的偉大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)精神，以他的名字命名該實(shí)驗(yàn)，叫布朗運(yùn)動。因此，布朗運(yùn)動對于分子熱運(yùn)動的教學(xué)有著非常重要的作用。

布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個(gè)方向液體分子撞擊作用不平衡造成的。顯微鏡下看到的是固體的微小懸浮顆粒，因?yàn)橐后w分子太小，液體分子是看不到的。但液體中許許多多做無規(guī)則運(yùn)動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時(shí)，它受到來自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。在某一瞬間，微小顆粒在某個(gè)方向受到撞擊作用強(qiáng)，它就沿著這個(gè)方向運(yùn)動。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強(qiáng)，它又向著另一個(gè)方向運(yùn)動。任一時(shí)刻微小顆粒所受的撞擊在某一方向上占優(yōu)勢只能是偶然的，這樣就引起了微粒的無規(guī)則的布朗運(yùn)動（圖1）。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞擊的分子越多，撞擊作用的不平衡性就越不明顯，以至可以認(rèn)為撞擊作用互相平衡，因此布朗運(yùn)動不明顯，甚至觀察不到。反之，懸浮在液體中的顆粒越小，在某一瞬間跟它相撞擊的分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就越明顯。布朗運(yùn)動微粒大小在10-6m數(shù)量級時(shí)，液體分子大小在10-10m數(shù)量級，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因此，布朗運(yùn)動越明顯。液體溫度越高，分子做無規(guī)則運(yùn)動越激烈，撞擊微小顆粒的作用就越激烈，而且撞擊次數(shù)也加大，造成布朗運(yùn)動越激烈。

2 傳統(tǒng)的布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)

教學(xué)中老師經(jīng)常演示的布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)一般有兩種：

（1）“布朗運(yùn)動模擬演示器”投影演示，雖然觀察起來較為方便，但由于是簡單的模擬，很容易引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、真實(shí)性的質(zhì)疑。另外在吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣方面效果都不是很好。

（2）用顯微鏡做布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，由于顯微鏡的自身限制，觀察者僅限少數(shù)人，故對于全班的演示實(shí)驗(yàn)來說，效果也不甚理想。另外用花粉做實(shí)驗(yàn)成功率低，把握不大，對于教學(xué)演示也具有一定的偶然性。

3 布朗運(yùn)動演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.懸浮微粒的改進(jìn)：在教學(xué)中嘗試多種懸浮顆粒，花粉的顏色較淺，不易獲得大量的花粉；嘗試用墨汁，由于墨汁的顆粒更?。z體，一般在1nm—100nm之間），不易于被顯微鏡觀察。通過多次實(shí)驗(yàn)最終選取這樣的材質(zhì)——廣告畫顏料，顆粒大小合適，且顏色種類較多，易于觀察。通過多次不同顏色的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黃顏色的廣告畫顏料比其他顏色的效果都好。

2.懸浮溶液的配制：取一個(gè)燒杯，盛30mL蒸餾水，選用蒸餾水是防止懸濁液中微生物等。然后將黃豆大小的廣告畫顏料（黃色）放入蒸餾水中，用玻璃棒將懸濁液攪拌均勻。顏料不宜太多，否則懸濁液濃度過大，小顆粒過多，反而不便于觀察。把過濾紙做成漏斗狀，底部留有一小縫隙，放入玻璃漏斗中。如圖2所示，將懸濁液倒入該漏斗過濾，過濾掉較大顆粒和其他雜質(zhì)。

3.載玻片上凹槽的加工：取一塊干凈的載玻片，上面放比黃豆大一點(diǎn)的一塊石蠟，然后用20W內(nèi)熱式電烙鐵的銅頭接觸石蠟，使之熔化后形成厚0.5mm左右的均勻薄層。用小刀和棉簽在石蠟薄層的中央仔細(xì)地挖一個(gè)直徑1cm的凹槽。

4.布朗運(yùn)動的觀察方式的改進(jìn)：用滴管將配制好的懸濁液滴入載玻片的凹槽中，用蓋玻片蓋好、壓緊，注意不要留有氣泡。將盛有被觀察液體制成的載玻片，放在一臺顯微鏡上調(diào)節(jié)好，當(dāng)觀察到到“布朗運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，用一架帶有顯微攝像功能的攝像頭替換顯微鏡的目鏡（我們采用了杭州智力達(dá)科教設(shè)備有限公司生產(chǎn)的生物顯微演示裝置，儀器編號2724）。將顯微攝像頭的信號輸出端連接到電腦上，為了能清晰看到“布朗運(yùn)動”的大幅畫面，在顯微鏡前安放一臺燈，增加觀察的亮度，如圖3。此時(shí)在電腦投影幕上就可以看到“布朗運(yùn)動”的大幅畫面，如圖4，大量的黃色廣告畫懸浮顆粒一直做無規(guī)則運(yùn)動。電腦投影幕上畫面如圖5。

所有的學(xué)生都可以清晰的觀察到布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析這些畫面，記錄某一顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動軌跡，進(jìn)行討論，從而加深學(xué)生對布朗運(yùn)動實(shí)質(zhì)的理解。整個(gè)實(shí)驗(yàn)僅用幾分鐘就可以完成，既節(jié)省了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，也可以取得非常好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐慧，王小平，王峰.尊重認(rèn)知規(guī)律 合理演示實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué)探討，2012，（5）：53.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：詳細(xì)介紹了利用帶攝像頭的顯微鏡演示布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的方法及其出色的效果。

關(guān)鍵詞：布朗運(yùn)動；演示方法；電腦投影；出色效果

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）7（S）-0054-2

1 布朗運(yùn)動簡介

人教版選修3—3第七章《分子動理論》的第二節(jié)《分子的熱運(yùn)動》是分子動理論的重要內(nèi)容。我們無法直接看到分子做無規(guī)則運(yùn)動，但是我們可以通過實(shí)驗(yàn)間接的來研究。1827年，英國植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察水中懸浮的花粉時(shí)，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒不停地作無規(guī)則的運(yùn)動，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上證明了分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動的科學(xué)事實(shí)。后人為了紀(jì)念布朗的偉大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)精神，以他的名字命名該實(shí)驗(yàn)，叫布朗運(yùn)動。因此，布朗運(yùn)動對于分子熱運(yùn)動的教學(xué)有著非常重要的作用。

布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體各個(gè)方向液體分子撞擊作用不平衡造成的。顯微鏡下看到的是固體的微小懸浮顆粒，因?yàn)橐后w分子太小，液體分子是看不到的。但液體中許許多多做無規(guī)則運(yùn)動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時(shí)，它受到來自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。在某一瞬間，微小顆粒在某個(gè)方向受到撞擊作用強(qiáng)，它就沿著這個(gè)方向運(yùn)動。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強(qiáng)，它又向著另一個(gè)方向運(yùn)動。任一時(shí)刻微小顆粒所受的撞擊在某一方向上占優(yōu)勢只能是偶然的，這樣就引起了微粒的無規(guī)則的布朗運(yùn)動（圖1）。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞擊的分子越多，撞擊作用的不平衡性就越不明顯，以至可以認(rèn)為撞擊作用互相平衡，因此布朗運(yùn)動不明顯，甚至觀察不到。反之，懸浮在液體中的顆粒越小，在某一瞬間跟它相撞擊的分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就越明顯。布朗運(yùn)動微粒大小在10-6m數(shù)量級時(shí)，液體分子大小在10-10m數(shù)量級，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因此，布朗運(yùn)動越明顯。液體溫度越高，分子做無規(guī)則運(yùn)動越激烈，撞擊微小顆粒的作用就越激烈，而且撞擊次數(shù)也加大，造成布朗運(yùn)動越激烈。

2 傳統(tǒng)的布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)

教學(xué)中老師經(jīng)常演示的布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)一般有兩種：

（1）“布朗運(yùn)動模擬演示器”投影演示，雖然觀察起來較為方便，但由于是簡單的模擬，很容易引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、真實(shí)性的質(zhì)疑。另外在吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣方面效果都不是很好。

（2）用顯微鏡做布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，由于顯微鏡的自身限制，觀察者僅限少數(shù)人，故對于全班的演示實(shí)驗(yàn)來說，效果也不甚理想。另外用花粉做實(shí)驗(yàn)成功率低，把握不大，對于教學(xué)演示也具有一定的偶然性。

3 布朗運(yùn)動演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.懸浮微粒的改進(jìn)：在教學(xué)中嘗試多種懸浮顆粒，花粉的顏色較淺，不易獲得大量的花粉；嘗試用墨汁，由于墨汁的顆粒更?。z體，一般在1nm—100nm之間），不易于被顯微鏡觀察。通過多次實(shí)驗(yàn)最終選取這樣的材質(zhì)——廣告畫顏料，顆粒大小合適，且顏色種類較多，易于觀察。通過多次不同顏色的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黃顏色的廣告畫顏料比其他顏色的效果都好。

2.懸浮溶液的配制：取一個(gè)燒杯，盛30mL蒸餾水，選用蒸餾水是防止懸濁液中微生物等。然后將黃豆大小的廣告畫顏料（黃色）放入蒸餾水中，用玻璃棒將懸濁液攪拌均勻。顏料不宜太多，否則懸濁液濃度過大，小顆粒過多，反而不便于觀察。把過濾紙做成漏斗狀，底部留有一小縫隙，放入玻璃漏斗中。如圖2所示，將懸濁液倒入該漏斗過濾，過濾掉較大顆粒和其他雜質(zhì)。

3.載玻片上凹槽的加工：取一塊干凈的載玻片，上面放比黃豆大一點(diǎn)的一塊石蠟，然后用20W內(nèi)熱式電烙鐵的銅頭接觸石蠟，使之熔化后形成厚0.5mm左右的均勻薄層。用小刀和棉簽在石蠟薄層的中央仔細(xì)地挖一個(gè)直徑1cm的凹槽。

4.布朗運(yùn)動的觀察方式的改進(jìn)：用滴管將配制好的懸濁液滴入載玻片的凹槽中，用蓋玻片蓋好、壓緊，注意不要留有氣泡。將盛有被觀察液體制成的載玻片，放在一臺顯微鏡上調(diào)節(jié)好，當(dāng)觀察到到“布朗運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，用一架帶有顯微攝像功能的攝像頭替換顯微鏡的目鏡（我們采用了杭州智力達(dá)科教設(shè)備有限公司生產(chǎn)的生物顯微演示裝置，儀器編號2724）。將顯微攝像頭的信號輸出端連接到電腦上，為了能清晰看到“布朗運(yùn)動”的大幅畫面，在顯微鏡前安放一臺燈，增加觀察的亮度，如圖3。此時(shí)在電腦投影幕上就可以看到“布朗運(yùn)動”的大幅畫面，如圖4，大量的黃色廣告畫懸浮顆粒一直做無規(guī)則運(yùn)動。電腦投影幕上畫面如圖5。

所有的學(xué)生都可以清晰的觀察到布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析這些畫面，記錄某一顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動軌跡，進(jìn)行討論，從而加深學(xué)生對布朗運(yùn)動實(shí)質(zhì)的理解。整個(gè)實(shí)驗(yàn)僅用幾分鐘就可以完成，既節(jié)省了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，也可以取得非常好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐慧，王小平，王峰.尊重認(rèn)知規(guī)律 合理演示實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué)探討，2012，（5）：53.

（欄目編輯 王柏廬）