用数码显微镜观察布朗运动的实验设计

中国教育装备采购网2015-09-24 17:35围观1107次我要分享

  “分子永不停息地做无规则的热运动”是分子动理论的核心内容。布朗运动虽然不是分子的运动,但它却是分子运动的宏观反映。因此让学生观察到布朗运动的现象就显得尤为重要。但是由于普通光学显微镜的使用操作复杂,且不能让学生共同观察,不适合在课堂教学中采用。笔者利用数码显微镜,可以直接把在显微镜下才能观察的现象转换成数字信号,通过计算机、投影仪显示在大屏幕上,让学生看到清晰明显的布朗运动现象,并通过实验引导学生进行研究,认识振动、温度等因素会给布朗运动的微粒运动造成怎样的影响。

  一、主要实验器材

  数码显微镜、载玻片、盖玻片、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、水粉画颜料、透明胶布。

  二、主要部件的制作

  (一)悬浊液的制备

  在烧杯中放入150ml左右的清水,将黄豆粒大小的水粉画颜料放入水中,用玻璃棒搅拌稀释,静置一段时间,取中间部分的悬浊液进行观察。建议使用深红色颜料,这样悬浊液中的固体颗粒较小且比较均匀。

  (二)载玻片的制作

  在教学参考中建议在玻璃片中间涂一层热石蜡,冷却后用小刀在石蜡中央挖一个直径5mm的圆形槽,在实际动手制作的过程中遇到两个困难,一个是蜡层的厚度很难控制,不容易保蜡层均匀。二是很难将粘在玻璃片上的蜡去除干净。本实验采用的是宽20mm的透明胶布,用白纸剪一个直径5mm的小圆片,粘在透明胶布有胶的一面的中间,再将粘好纸片的透明胶布粘在载玻片的中央位置,用刻刀将胶布上粘纸片的部分切掉,擦拭干净就可以得到一个深1mm左右,直径5mm的凹槽了。并且这样制作的载玻片很容易保存,可以多次重复使用。

  三、实验装置的使用

  (一)观察布朗运动的特点

  用胶头滴管吸取一滴悬浊液滴在载玻片的凹槽内,盖上盖玻片,用吸水纸吸掉多余液体后,将其放置在数码显微镜的载物台上。把数码显微镜与计算机连接好,打开对应电脑软件的采集窗,放大到全屏。显微镜选用600或675倍效果较好。这样就可以让全体同学共同观察到悬浮在液体中的小颗粒在不停的运动了。让每位学生都一边眼睛盯着大屏幕中的某一个小颗粒,一边在白纸上记录它的大致运动轨迹,通过展示记录结果,可以看出微粒运动的无规则性,还可以对比观察到小颗粒的布朗运动要比大颗粒的运动明显。

  另外,还可以根据显微镜的倍率和对显微镜下颗粒大小的测量估算出布朗运动的固体小颗粒的大小在 10-6m的数量级,它并不是分子,在显微镜下看起来连成一片的液体,实际上是由许许多多数量级在10-10m的分子组成的,让学生明确布朗运动并不是分子的运动,它是分子做无规则运动的反映。

  (二)观察外界因素对布朗运动的影响

  1.外界振动的影响

  可以用笔或玻璃棒轻轻敲击显微镜的载物台或者在显微镜旁边的地面上跳动,也可以向着载玻片吹气。通过以上演示,可以让学生真切地感受到外界因素给固体小颗粒带来的是统一的、大规模的、单方向的运动。说明产生布朗运动的原因不在外部,而应该在液体内部。

  2.温度的影响

  利用数码显微镜的录像功能,现场录制10秒左右的常温下布朗运动现象,在屏幕左边播放,同时打开采集窗,用卤素灯(热效应好)对悬浊液进行加热,对比观察加热前后布朗运动剧烈程度的变化。

  总之,与传统的显微镜相比,用数码显微镜观察布朗运动实验效果更好、更稳定,学生只有亲眼见到了才会真正相信这种运动的存在,可以有效的提高课堂教学的效率与质量,达到教与学的双赢。

  参考文献

  [1]杨述武.普通物理实验(一):力学、热学部分[M].北京:高等教育出版社,2007.

  [2]物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-3[M].北京:人民教育出版社,2008.

  作者简介:杨凤(1981-),女,吉林四平人,本科,通化市靖宇中学,中教一级。

来源:第一视频责任编辑:王晓宇

相关阅读