| 标题 | 谈谈布朗运动演示实验的改进 |
| 范文 | 徐明+徐慧 摘 要：详细介绍了利用带摄像头的显微镜演示布朗运动实验的方法及其出色的效果。 关键词：布朗运动；演示方法；电脑投影；出色效果 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）7（S）-0054-2 1 布朗运动简介 人教版选修3—3第七章《分子动理论》的第二节《分子的热运动》是分子动理论的重要内容。我们无法直接看到分子做无规则运动，但是我们可以通过实验间接的来研究。1827年，英国植物学家布朗用显微镜观察水中悬浮的花粉时，发现花粉颗粒不停地作无规则的运动，在实验的基础上证明了分子永不停息地做无规则运动的科学事实。后人为了纪念布朗的伟大发现和科学精神，以他的名字命名该实验，叫布朗运动。因此，布朗运动对于分子热运动的教学有着非常重要的作用。 布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。显微镜下看到的是固体的微小悬浮颗粒，因为液体分子太小，液体分子是看不到的。但液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当微小颗粒足够小时，它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到撞击作用强，它就沿着这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强，它又向着另一个方向运动。任一时刻微小颗粒所受的撞击在某一方向上占优势只能是偶然的，这样就引起了微粒的无规则的布朗运动（图1）。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞击的分子越多，撞击作用的不平衡性就越不明显，以至可以认为撞击作用互相平衡，因此布朗运动不明显，甚至观察不到。反之，悬浮在液体中的颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性就越明显。布朗运动微粒大小在10-6m数量级时，液体分子大小在10-10m数量级，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因此，布朗运动越明显。液体温度越高，分子做无规则运动越激烈，撞击微小颗粒的作用就越激烈，而且撞击次数也加大，造成布朗运动越激烈。 2 传统的布朗运动实验 教学中老师经常演示的布朗运动实验一般有两种： （1）“布朗运动模拟演示器”投影演示，虽然观察起来较为方便，但由于是简单的模拟，很容易引起学生对实验的科学性、真实性的质疑。另外在吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣方面效果都不是很好。 （2）用显微镜做布朗运动实验，由于显微镜的自身限制，观察者仅限少数人，故对于全班的演示实验来说，效果也不甚理想。另外用花粉做实验成功率低，把握不大，对于教学演示也具有一定的偶然性。 3 布朗运动演示实验改进 1.悬浮微粒的改进：在教学中尝试多种悬浮颗粒，花粉的颜色较浅，不易获得大量的花粉；尝试用墨汁，由于墨汁的颗粒更小（胶体，一般在1nm—100nm之间），不易于被显微镜观察。通过多次实验最终选取这样的材质——广告画颜料，颗粒大小合适，且颜色种类较多，易于观察。通过多次不同颜色的实验，发现黄颜色的广告画颜料比其他颜色的效果都好。 2.悬浮溶液的配制：取一个烧杯，盛30mL蒸馏水，选用蒸馏水是防止悬浊液中微生物等。然后将黄豆大小的广告画颜料（黄色）放入蒸馏水中，用玻璃棒将悬浊液搅拌均匀。颜料不宜太多，否则悬浊液浓度过大，小颗粒过多，反而不便于观察。把过滤纸做成漏斗状，底部留有一小缝隙，放入玻璃漏斗中。如图2所示，将悬浊液倒入该漏斗过滤，过滤掉较大颗粒和其他杂质。 3.载玻片上凹槽的加工：取一块干净的载玻片，上面放比黄豆大一点的一块石蜡，然后用20W内热式电烙铁的铜头接触石蜡，使之熔化后形成厚0.5mm左右的均匀薄层。用小刀和棉签在石蜡薄层的中央仔细地挖一个直径1cm的凹槽。 4.布朗运动的观察方式的改进：用滴管将配制好的悬浊液滴入载玻片的凹槽中，用盖玻片盖好、压紧，注意不要留有气泡。将盛有被观察液体制成的载玻片，放在一台显微镜上调节好，当观察到到“布朗运动”的实验现象后，用一架带有显微摄像功能的摄像头替换显微镜的目镜（我们采用了杭州智力达科教设备有限公司生产的生物显微演示装置，仪器编号2724）。将显微摄像头的信号输出端连接到电脑上，为了能清晰看到“布朗运动”的大幅画面，在显微镜前安放一台灯，增加观察的亮度，如图3。此时在电脑投影幕上就可以看到“布朗运动”的大幅画面，如图4，大量的黄色广告画悬浮颗粒一直做无规则运动。电脑投影幕上画面如图5。 所有的学生都可以清晰的观察到布朗运动的实验现象。在教学中，引导学生观察、分析这些画面，记录某一颗粒在不同时刻的运动轨迹，进行讨论，从而加深学生对布朗运动实质的理解。整个实验仅用几分钟就可以完成，既节省了学生观察实验的时间，也可以取得非常好的教学效果。 参考文献： [1]徐慧，王小平，王峰.尊重认知规律 合理演示实验[J].物理教学探讨，2012，（5）：53. （栏目编辑 王柏庐） 摘 要：详细介绍了利用带摄像头的显微镜演示布朗运动实验的方法及其出色的效果。 关键词：布朗运动；演示方法；电脑投影；出色效果 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）7（S）-0054-2 1 布朗运动简介 人教版选修3—3第七章《分子动理论》的第二节《分子的热运动》是分子动理论的重要内容。我们无法直接看到分子做无规则运动，但是我们可以通过实验间接的来研究。1827年，英国植物学家布朗用显微镜观察水中悬浮的花粉时，发现花粉颗粒不停地作无规则的运动，在实验的基础上证明了分子永不停息地做无规则运动的科学事实。后人为了纪念布朗的伟大发现和科学精神，以他的名字命名该实验，叫布朗运动。因此，布朗运动对于分子热运动的教学有着非常重要的作用。 布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。显微镜下看到的是固体的微小悬浮颗粒，因为液体分子太小，液体分子是看不到的。但液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当微小颗粒足够小时，它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到撞击作用强，它就沿着这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强，它又向着另一个方向运动。任一时刻微小颗粒所受的撞击在某一方向上占优势只能是偶然的，这样就引起了微粒的无规则的布朗运动（图1）。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞击的分子越多，撞击作用的不平衡性就越不明显，以至可以认为撞击作用互相平衡，因此布朗运动不明显，甚至观察不到。反之，悬浮在液体中的颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性就越明显。布朗运动微粒大小在10-6m数量级时，液体分子大小在10-10m数量级，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因此，布朗运动越明显。液体温度越高，分子做无规则运动越激烈，撞击微小颗粒的作用就越激烈，而且撞击次数也加大，造成布朗运动越激烈。 2 传统的布朗运动实验 教学中老师经常演示的布朗运动实验一般有两种： （1）“布朗运动模拟演示器”投影演示，虽然观察起来较为方便，但由于是简单的模拟，很容易引起学生对实验的科学性、真实性的质疑。另外在吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣方面效果都不是很好。 （2）用显微镜做布朗运动实验，由于显微镜的自身限制，观察者仅限少数人，故对于全班的演示实验来说，效果也不甚理想。另外用花粉做实验成功率低，把握不大，对于教学演示也具有一定的偶然性。 3 布朗运动演示实验改进 1.悬浮微粒的改进：在教学中尝试多种悬浮颗粒，花粉的颜色较浅，不易获得大量的花粉；尝试用墨汁，由于墨汁的颗粒更小（胶体，一般在1nm—100nm之间），不易于被显微镜观察。通过多次实验最终选取这样的材质——广告画颜料，颗粒大小合适，且颜色种类较多，易于观察。通过多次不同颜色的实验，发现黄颜色的广告画颜料比其他颜色的效果都好。 2.悬浮溶液的配制：取一个烧杯，盛30mL蒸馏水，选用蒸馏水是防止悬浊液中微生物等。然后将黄豆大小的广告画颜料（黄色）放入蒸馏水中，用玻璃棒将悬浊液搅拌均匀。颜料不宜太多，否则悬浊液浓度过大，小颗粒过多，反而不便于观察。把过滤纸做成漏斗状，底部留有一小缝隙，放入玻璃漏斗中。如图2所示，将悬浊液倒入该漏斗过滤，过滤掉较大颗粒和其他杂质。 3.载玻片上凹槽的加工：取一块干净的载玻片，上面放比黄豆大一点的一块石蜡，然后用20W内热式电烙铁的铜头接触石蜡，使之熔化后形成厚0.5mm左右的均匀薄层。用小刀和棉签在石蜡薄层的中央仔细地挖一个直径1cm的凹槽。 4.布朗运动的观察方式的改进：用滴管将配制好的悬浊液滴入载玻片的凹槽中，用盖玻片盖好、压紧，注意不要留有气泡。将盛有被观察液体制成的载玻片，放在一台显微镜上调节好，当观察到到“布朗运动”的实验现象后，用一架带有显微摄像功能的摄像头替换显微镜的目镜（我们采用了杭州智力达科教设备有限公司生产的生物显微演示装置，仪器编号2724）。将显微摄像头的信号输出端连接到电脑上，为了能清晰看到“布朗运动”的大幅画面，在显微镜前安放一台灯，增加观察的亮度，如图3。此时在电脑投影幕上就可以看到“布朗运动”的大幅画面，如图4，大量的黄色广告画悬浮颗粒一直做无规则运动。电脑投影幕上画面如图5。 所有的学生都可以清晰的观察到布朗运动的实验现象。在教学中，引导学生观察、分析这些画面，记录某一颗粒在不同时刻的运动轨迹，进行讨论，从而加深学生对布朗运动实质的理解。整个实验仅用几分钟就可以完成，既节省了学生观察实验的时间，也可以取得非常好的教学效果。 参考文献： [1]徐慧，王小平，王峰.尊重认知规律 合理演示实验[J].物理教学探讨，2012，（5）：53. （栏目编辑 王柏庐） 摘 要：详细介绍了利用带摄像头的显微镜演示布朗运动实验的方法及其出色的效果。 关键词：布朗运动；演示方法；电脑投影；出色效果 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）7（S）-0054-2 1 布朗运动简介 人教版选修3—3第七章《分子动理论》的第二节《分子的热运动》是分子动理论的重要内容。我们无法直接看到分子做无规则运动，但是我们可以通过实验间接的来研究。1827年，英国植物学家布朗用显微镜观察水中悬浮的花粉时，发现花粉颗粒不停地作无规则的运动，在实验的基础上证明了分子永不停息地做无规则运动的科学事实。后人为了纪念布朗的伟大发现和科学精神，以他的名字命名该实验，叫布朗运动。因此，布朗运动对于分子热运动的教学有着非常重要的作用。 布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的。显微镜下看到的是固体的微小悬浮颗粒，因为液体分子太小，液体分子是看不到的。但液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当微小颗粒足够小时，它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到撞击作用强，它就沿着这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强，它又向着另一个方向运动。任一时刻微小颗粒所受的撞击在某一方向上占优势只能是偶然的，这样就引起了微粒的无规则的布朗运动（图1）。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞击的分子越多，撞击作用的不平衡性就越不明显，以至可以认为撞击作用互相平衡，因此布朗运动不明显，甚至观察不到。反之，悬浮在液体中的颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性就越明显。布朗运动微粒大小在10-6m数量级时，液体分子大小在10-10m数量级，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因此，布朗运动越明显。液体温度越高，分子做无规则运动越激烈，撞击微小颗粒的作用就越激烈，而且撞击次数也加大，造成布朗运动越激烈。 2 传统的布朗运动实验 教学中老师经常演示的布朗运动实验一般有两种： （1）“布朗运动模拟演示器”投影演示，虽然观察起来较为方便，但由于是简单的模拟，很容易引起学生对实验的科学性、真实性的质疑。另外在吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣方面效果都不是很好。 （2）用显微镜做布朗运动实验，由于显微镜的自身限制，观察者仅限少数人，故对于全班的演示实验来说，效果也不甚理想。另外用花粉做实验成功率低，把握不大，对于教学演示也具有一定的偶然性。 3 布朗运动演示实验改进 1.悬浮微粒的改进：在教学中尝试多种悬浮颗粒，花粉的颜色较浅，不易获得大量的花粉；尝试用墨汁，由于墨汁的颗粒更小（胶体，一般在1nm—100nm之间），不易于被显微镜观察。通过多次实验最终选取这样的材质——广告画颜料，颗粒大小合适，且颜色种类较多，易于观察。通过多次不同颜色的实验，发现黄颜色的广告画颜料比其他颜色的效果都好。 2.悬浮溶液的配制：取一个烧杯，盛30mL蒸馏水，选用蒸馏水是防止悬浊液中微生物等。然后将黄豆大小的广告画颜料（黄色）放入蒸馏水中，用玻璃棒将悬浊液搅拌均匀。颜料不宜太多，否则悬浊液浓度过大，小颗粒过多，反而不便于观察。把过滤纸做成漏斗状，底部留有一小缝隙，放入玻璃漏斗中。如图2所示，将悬浊液倒入该漏斗过滤，过滤掉较大颗粒和其他杂质。 3.载玻片上凹槽的加工：取一块干净的载玻片，上面放比黄豆大一点的一块石蜡，然后用20W内热式电烙铁的铜头接触石蜡，使之熔化后形成厚0.5mm左右的均匀薄层。用小刀和棉签在石蜡薄层的中央仔细地挖一个直径1cm的凹槽。 4.布朗运动的观察方式的改进：用滴管将配制好的悬浊液滴入载玻片的凹槽中，用盖玻片盖好、压紧，注意不要留有气泡。将盛有被观察液体制成的载玻片，放在一台显微镜上调节好，当观察到到“布朗运动”的实验现象后，用一架带有显微摄像功能的摄像头替换显微镜的目镜（我们采用了杭州智力达科教设备有限公司生产的生物显微演示装置，仪器编号2724）。将显微摄像头的信号输出端连接到电脑上，为了能清晰看到“布朗运动”的大幅画面，在显微镜前安放一台灯，增加观察的亮度，如图3。此时在电脑投影幕上就可以看到“布朗运动”的大幅画面，如图4，大量的黄色广告画悬浮颗粒一直做无规则运动。电脑投影幕上画面如图5。 所有的学生都可以清晰的观察到布朗运动的实验现象。在教学中，引导学生观察、分析这些画面，记录某一颗粒在不同时刻的运动轨迹，进行讨论，从而加深学生对布朗运动实质的理解。整个实验仅用几分钟就可以完成，既节省了学生观察实验的时间，也可以取得非常好的教学效果。 参考文献： [1]徐慧，王小平，王峰.尊重认知规律 合理演示实验[J].物理教学探讨，2012，（5）：53. （栏目编辑 王柏庐） |
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