《布朗运动实验中的常见问题及解决方法》

布朗运动实验中的常见问题及解决方法布朗运动是形成分子热运动概念的基础实验，它表明分子无规则运动特点、具有典型意义的科学实验之一。由于对布朗运动现象的解释，学生要用统计的观点和方法进行分析，初次学起来比较困难，因此要求教学中一定要让每一个学生都能清楚地观察到布朗运动现象。在做布朗运动实验中，经常会出现以下一些问题困扰教师，并影响实验效果。（1）微粒取材不易教参中提到的悬浊液颗粒：花粉、藤黄一般不易得到，而使用稀释的碳素墨水或墨汁，则由于其颗粒太小，如果没有1500倍左右的高倍显微镜实际上是看不清布朗运动的。有的教参中提到：美术颜料用清水稀释后也可作为微粒。颜料显然取材容易，但是使用什么颜料、稀释到什么程度、怎样操作、观察效果怎样等细节问题却要靠教师自己摸索，给教师准备布朗运动实验带来了麻烦。（2）浊液容易干涸由于盖玻片与凹坑层有空隙存在毛细现象，使悬浊液产生蒸发而逐渐减少，影响观察。一般晴朗的气候，空隙没有密封的观察片只能保持一节课的观察时间，碰到干燥的天气，十几分钟的时间凹坑内的悬浊液便所剩无几，若是给平行班上课，教师在每节课前不可避免地要重复以下操作：擦拭干净载玻片、盖玻片，装悬浊液，调光，调焦（粗调、细调）。曾经有教师提出：用蜡把盖玻片周围的空隙密封，以延长有效的观察时间。此方法设计思想正确，但用材不当，导致操作困难，清理时又常常会损坏盖玻片。显然用蜡作为密封材料不宜推广。（3）光源易受影响学生通常使用生物显微镜观察，适当亮度（使微粒与背景有明显的对比度）的光线透射是看清布朗运动现象的前提。由于这种光学显微镜是通过反光面镜反射漫射的太阳光或室内其它照明灯光的光线作为光源，因此当周围的光线有变化（如人员走动、阻挡或室外遮云的移动）或者显微镜有轻微的位置移动都会直接影响面镜反光的亮度或角度，造成对比度明显下降，从而给观察者带来操作上的不便。那么怎样才能行之有效地消除这些困扰？本人通过不断实验、对比和改进，从取材和制作上下功夫，解决上述问题，能基本实现观察实验的设计理念：取材容易、结构简单、制作方便、重复性强，现象观察效果较好。1微粒的选取与悬浊液的制备悬浮颗粒的选择和悬浊液的制备是决定能否清楚地观察到布朗运动现象的关键。虽然布朗运动对颗粒的品种无要求，任何小颗粒都能产生布朗运动，但是把握颗粒的特征和恰当的稀释配制是取得理想效果的关键。第一、要重点考虑颗粒的体积不能太大也不能太小。颗粒太大，现象不明显，甚至不产生布朗运动，原因是周围液体分子对颗粒的各个方向的冲力的平均效果易互相平衡；颗粒越小，显然布朗运动现象越明显，但相应地要求显微镜的倍数也就越高，同时显微镜对透射光线的要求也会相应的严格，此外眼睛也容易疲劳。所以要考虑硬件设备条件的限制，不能盲目追求太小的颗粒。鉴于观察工具普遍使用1640倍的生物显微镜，通过实验对比，我的结论是悬浮颗粒的线度以0308m为最佳，这种颗粒在640倍的显微镜里看到的像相当于看距眼睛20cm之远、有浅白色背景衬托的线度为0205mm的一个小黑点，布朗运动现象相当清楚：线度约为02mm的像在1s时间里，绝大多数有12mm的移动路程。这时眼睛即使盯住某一颗粒观察一分钟也不会太疲劳。第二、要兼顾颗粒的比重和亲水性。最好选择与水的比重相当或略大的、能与水良好浸润的小颗粒，这种颗粒能较长时间悬浮在液体中。若颗粒太轻则容易上浮而集结在盖玻片上，而颗粒太重则会很快沉淀到载玻片上，这两种情况的出现都将不利于观察。虽然这一点考虑与否，对实验效果影响不大，但兼顾一下，在制备悬浊液时将会省时、省力。经过比较，我认为比较满意的材料是：宣传色颜料或水粉画颜料。用这两种颜料配制悬浊液较方便，从结果上看，颗粒大小适中、分布均匀、悬浮时间较长，实验效果比较好。第三、也要兼顾颗粒的颜色。从实验清晰度上分析，颜料颜色的取舍比较宽松，只要避免使用较浅色的，均能取得比较好的效果。我们在显微镜里看到的“颗粒”，实际上是颗粒遮挡透射光所留影子的像，所以不管颗粒是什么颜色，在显微镜里通过调焦后清楚的像大多呈黑色颗粒（当然由于悬浊液颗粒对透射光的漫反射会使一些颗粒的中心呈现它原有的颜色）。而那些不在同一观察层面上的颗粒，不会出现上述的色差特征。比如，观察层下面一点的颗粒会呈现中间灰暗周围稍白的小圆圈（要看清这种颗粒，只要镜筒向下细调一点即可）。所以配制时不用浅色颜色料是为了消除悬浊液由于漫反射以及颗粒中心反光所引起的对比度减弱，从而能提高观察较小颗粒的清晰度。第 3 页 共 3 页