用數碼顯微鏡觀察布朗運動的實驗設計

　　“分子永不停息地做無規則的熱運動”是分子動理論的核心內容。顯微鏡布朗運動雖然不是分子的運動，但它卻是分子運動的宏觀反映。因此讓學生觀察到布朗運動的現像就顯得尤為重要。但是由於普通光學顯微鏡的使用操作復雜，且不能讓學生共同觀察，不適合在課堂教學中采用。筆者利用數碼顯微鏡，可以直接把在顯微鏡下才能觀察的現像轉換成數字信號，通過計算機、投影儀顯示在大屏幕上，讓學生看到清晰明顯的布朗運動現像，並通過實驗引導學生進行研究，認識振動、溫度等因素會給布朗運動的微粒運動造成怎樣的影響。
　　一、主要實驗器材
　　數碼顯微鏡、載玻片、蓋玻片、燒杯、膠頭滴管、玻璃棒、水粉畫顏料、透明膠布。
　　二、主要部放大鏡件的制作
　　(一)懸濁液的制備
　　在燒杯中放入150ml左右的清水，將黃豆粒大小的水粉畫顏料放入水中，用玻璃棒攪拌稀釋，靜置一段時間，取中間部分的懸濁望遠鏡液進行觀察。建議使用深紅色顏料，這樣懸濁液中的固體顆粒較小且比較均勻。
　　(二)載玻片的制作
　　在教學參考中建議在玻璃片中間塗一層熱石蠟，冷卻後用小刀在石蠟中央挖一個直徑5mm的圓形槽，在實際動手制作的過程中遇到兩個困難，一個是蠟層的厚度很難控制，不容易保蠟層均勻。二是很難將粘在玻璃片上的蠟去除干淨。本實驗采用的是寬20mm的透明膠布，用白紙剪一個直徑5mm的小圓片，粘在透明膠布有膠的一面的中間，再將粘好紙片的透明膠布粘在載玻片的中央位置，用刻刀將膠布上粘紙片的部分切掉，擦拭干淨就可以得到一個深1mm左右，直徑5mm的凹槽了。並且這樣制作的載玻片很容易保存，可以多次重復使用。
　　三、實驗裝置的使用
　　(一)觀察布朗運動的特點
　　用膠頭滴管吸取一滴懸濁液滴在載玻片的凹槽內，蓋上蓋玻片，用吸水紙吸掉多余液體後，將其放置在數碼顯微鏡的載物台上。把數碼顯微鏡與計算機連接好，打開對應電腦軟件的采集窗，放大到全屏。顯微鏡選用600或675倍效果較好。這樣就可以讓全體同學共同觀察到懸浮在液體中的小顆粒在不停的運動了。讓每位學生都一邊眼睛盯著大屏幕中的某一個小顆粒，一邊天文望遠鏡在白紙上記錄它的大致運動軌跡，通過展示記錄結果，可以看出微粒運動的無規則性，還可以對比觀察到小顆粒的布朗運動要比大顆粒的運動明顯。
　　另外，還可以根據顯微鏡的倍率和對顯微鏡下顆粒大小的測量估算出布朗運動的固體小顆粒的大小在 10-6m的數量級，它並不是分子，在顯微鏡下看起來連成一片的液體，實際上是由許許多多數量級在10-10m的分子組成的，讓學生明確布朗運動並不是分子的運動，它是分子做無規則運動的反映。
　　(二)觀察外界因素對布朗運動的影響
　　1。外界振動的影響
　　可以用筆或玻璃棒輕輕敲擊顯微鏡的載物台或者在顯微鏡旁邊的地面上跳動，也可以向著載玻片吹氣。通過以上演示，可以讓學生真切地感受到外界因素給固體小顆粒帶來的是統一的、大規模的、單方向的運動。說明產生布朗運動的原因不在外部，而應該在液體內部。
　　2。溫度的影響
　　利用數碼顯微鏡的錄像功能，現場錄制10秒左右的常溫下布朗運動現像，在屏幕左邊播放，同時打開采集窗，用鹵素燈(熱效應好)對懸濁液進行加熱，對比觀察加熱前後布朗金相顯微鏡運動劇烈程度的變化。
　　總之，與傳統的顯微鏡相比，用數碼顯微鏡觀察布朗運動實驗效果更好、更穩定，學生只有親眼見到了才會真正相信這種運動的存在，可以有效的提高課堂教學的效率與質量，達到教與學的雙贏。

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