布朗运动实验中的常见问题及解决方法
布朗运动与扩散现象

布朗运动与扩散现象布朗运动是指某一种微观粒子在液体或气体中的无规则运动。
这种运动是由于周围分子与粒子的碰撞引起的,其速度和方向是不可预测的。
这种无规则运动的现象被称为布朗运动,是由英国生物学家罗伯特·布朗发现并研究的。
他观察到在显微镜下,花粉颗粒在液体中做着无规则的运动,从而得出了布朗运动的观察结果。
扩散现象是指物质在空间中的分子间随机运动导致的向均匀或浓度较低的区域扩散。
分子运动产生的热量使得物质分子不断扩散,并最终达到分子间完全均匀混合的状态。
布朗运动与扩散现象之间有着密切的联系。
布朗运动是扩散现象的一种表现形式,是微观粒子在液体或气体中的无规则运动。
这种运动会导致物质分子的扩散,使得物质在空间中均匀分布。
布朗运动与扩散现象的研究对许多领域具有重要意义。
在生物学中,布朗运动被广泛应用于细胞内分子的运动研究,对于解析细胞内的分子交通和信号传递过程具有重要的指导作用。
在化学中,扩散现象是很多化学反应的基础,通过扩散可以实现物质间的混合和反应。
在材料科学中,对物质的扩散行为的研究有助于改善材料的性能和功能。
在环境科学中,扩散现象的研究可以帮助我们理解污染物的扩散与传播规律,为环境保护和减少污染提供科学依据。
布朗运动和扩散现象的研究过程也为我们提供了许多有趣的科学问题。
例如,我们可以思考一个问题:在一杯热水中,放入一颗糖粒,糖粒是否会在整杯水中均匀分布?答案是糖粒会在整个杯子中扩散,但由于扩散速度较慢,我们可能要等待一段时间才能看到糖粒完全均匀分布。
这个问题涉及到了浓度差、温度、分子大小等因素,可以通过实验和理论分析来深入研究。
布朗运动与扩散现象是许多科学领域中的重要现象,对于理解分子运动和物质扩散具有重要意义。
通过对布朗运动和扩散现象的研究,我们不仅可以深入了解物质的运动规律,还可以应用于生物学、化学、材料科学和环境科学等领域。
在未来的研究中,我们可以进一步探索布朗运动和扩散现象的机理,提高我们对微观世界的认识,并为科技创新和社会进步做出更多贡献。
探究2观察布朗运动

探究2观察布朗运动探究2 观察布朗运动探究平台实验⽬标1.练习使⽤显微镜。
2.演⽰布朗运动现象。
实验原理悬浮在液体或⽓体中的微粒所做的永不停息的⽆规则运动叫做布朗运动⽀。
把做布朗运动的微粒叫(固体⼩颗粒)叫做布朗微粒。
布朗运动是英国的植物学家布朗于1827年观察悬浮在溶液中的花粉运动时发现的。
他通过⼤量实验发现,不管是什么微粒,只要它⾜够⼩,就会发⽣这种运动,且微粒越⼩,运动越明显。
在显微镜下看起来连成⼀⽚的液体,实际上是由许许多多的分⼦组成的,液体分⼦不停地做规则运动,不断地碰撞到悬浮微粒。
如图2-1所⽰,当悬浮微粒⾜够⼩时受到的来⾃各个⽅向的液体分⼦的撞击作⽤⼒是不⼀样的。
在某⼀瞬间,微粒在某⼀个⽅向上受到的撞击作⽤较强,在下⼀个瞬间,微粒受到另⼀个⽅向的撞击作⽤较强,致使微粒不停地做⽆规则的运动。
图2-1实验器材显微镜、玻璃⽚,烟雾、玻璃器⽫、灯光、滴管、清⽔、藤黄粉、烧杯、药匙。
实验过程实验步骤:1.制取悬浊液。
取100mL的清⽔放⼊烧杯中,取⼀药匙藤黄粉放⼊烧杯,并调匀。
2.⽤洁净的玻璃棒取已经配置好的悬浊液,滴⼊已经洗净擦⼲的载玻⽚的凹坑内,⽤盖玻⽚盖好,将____ 放在盖玻⽚四周,⽤⼩功率电烙铁将⽯蜡熔化,即可将密封于载玻⽚凹坑内,制成观察⽚。
3.把显微镜放在上。
4.选择物镜、⽬镜。
5.转动反光镜,使照射光的亮度适当。
6.按图2-2所⽰的装置,放好观察⽚。
图2-27.如图2-3所⽰,调节显微镜,观察显微镜下,并描述所观察到的现象。
8.追踪⼀个⼩颗粒,每隔30 s记录⼀下⼩颗粒的位置。
9.改变悬浊液的温度,观察⼩颗粒的运动情况,通过多次实验总结布朗运动的剧烈程度和的关系。
10.实验完毕,整理实验器材。
数据处理在图2-4中记录⼩颗粒每隔30 s的位置,并按时间顺序依次连接起来。
图2-4注意事项:1.悬浊液的浓度要适中。
2.悬浊液中的藤黄颗粒⼤⼩要适中。
3.显微镜要选择⾼倍显微镜。
实验结论1.布朗运动到底微粒的运动还是分⼦的运动?为什么?2.布朗运动的剧烈程度跟什么因素有关?实验拓展1.与同学们讨论⼀下,说⼀说微粒的布朗运动是不是就是分⼦的运动,并说明理由2.根据你所描绘的固体⼩颗粒的运动轨迹,你能说⼀说固体⼩颗粒的运动特征吗?3.观察扩散现象实验器材:⼀杯冷⽔、⼀杯热⽔,两⼩颗⾼锰酸钾实验过程:将两⼩颗⾼锰酸钾分别投⼊两杯⽔中,观察⽐较⾼锰酸钾在两杯⽔中的扩散情况。
谈谈布朗运动演示实验的改进

谈谈布朗运动演示实验的改进作者:徐明徐慧来源:《物理教学探讨》2014年第07期摘要: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)-0054-21 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。
分子运动现象的实验

分子运动现象的实验一、引言分子是组成物质的最小粒子,它们在物质中不断地运动。
分子运动现象的实验是研究分子运动规律和性质的重要途径之一。
本文将介绍几个常见的分子运动实验,包括布朗运动实验、扩散实验和气体分子平均自由程实验。
二、布朗运动实验布朗运动是指在液体或气体中,颗粒状微观粒子由于受到分子碰撞的作用而发生的无规则运动。
为了观察布朗运动现象,我们可以进行以下实验。
1. 实验目的观察布朗运动现象并研究其规律。
2. 实验步骤(1)准备一个显微镜和一片装有液体的玻璃片。
(2)通过显微镜观察玻璃片上微小颗粒的运动情况。
(3)记录运动的时间和距离。
3. 实验结果通过观察可以发现,在液体中,微小颗粒呈现出无规则的、快速的运动状态。
根据实验结果可以得出布朗运动的特点:颗粒运动无规则,速度快,方向随机。
三、扩散实验扩散是指物质分子由高浓度处向低浓度处的无规则运动。
为了研究扩散现象,我们可以进行以下实验。
1. 实验目的观察扩散现象并研究其规律。
2. 实验步骤(1)准备两个装有不同浓度溶液的容器,并在两个容器之间设置一个半透膜。
(2)观察半透膜两侧溶液的浓度变化情况。
(3)记录浓度变化的时间和距离。
3. 实验结果通过观察可以发现,扩散过程中,溶液的浓度会逐渐均匀分布。
根据实验结果可以得出扩散的特点:物质由高浓度向低浓度处运动,运动速度慢,方向随机。
四、气体分子平均自由程实验气体分子平均自由程是指气体分子在碰撞之间所能自由运动的平均距离。
为了研究气体分子平均自由程,我们可以进行以下实验。
1. 实验目的测量气体分子平均自由程的大小。
2. 实验步骤(1)准备一个具有一定长度的容器,并在容器内放置一束激光。
(2)通过测量激光在容器内传播的距离和时间,计算出气体分子的平均自由程。
3. 实验结果通过实验可以得出气体分子平均自由程与气体分子的直径和气体的浓度有关。
气体分子越小,浓度越低,平均自由程越大。
五、总结通过以上实验可以看出,分子运动现象是分子在物质中无规则、随机的运动。
著名布朗运动的实验

著名布朗运动的实验,是英国植物学家布朗1827年发现的,布朗把花粉放入水中,然后取出一滴这种悬浮液,放在显微镜下观察,发现花粉小颗粒像着魔似的不停运动,而且每个小颗粒的运动方向和速度都改变的很快,不会停下来,这些小颗粒实际上是由上万个分子组成的分子团,由于受液体分子的无规则撞击而不平衡,从而表现出无规则运动.
据以上材料回答下列问题:
(1)布朗运动是的运动.(分子/原子/小颗粒)
(2)布朗运动是由于对小颗粒撞击而引起的,从而间接说明了在作.
(3)分子运动快慢与什么因素有关?试举例说明.
答案为:(1)小颗粒,(2)分子,液体分子,无规则运动.(3)温度.分别在热水和冷水中滴一滴墨水,墨水在热水中扩散的快。
布朗运动

布朗运动定义悬浮微粒不停地做无规则运动的现象叫做布朗运动例如,在显微镜下观察悬浮在水中的藤黄粉、花粉微粒,或在无风情形观察空气中的烟粒、尘埃时都会看到这种运动。
温度越高,运动越激烈。
它是1827年植物学家R.布朗首先发现的。
作布朗运动的粒子非常微小,直径约1~10纳米,在周围液体或气体分子的碰撞下,产生一种涨落不定的净作用力,导致微粒的布朗运动。
如果布朗粒子相互碰撞的机会很少,可以看成是巨大分子组成的理想气体,则在重力场中达到热平衡后,其数密度按高度的分布应遵循玻耳兹曼分布。
J.B.佩兰的实验证实了这一点,并由此相当精确地测定了阿伏伽德罗常量及一系列与微粒有关的数据。
1905年A.爱因斯坦根据扩散方程建立了布朗运动的统计理论。
布朗运动的发现、实验研究和理论分析间接地证实了分子的无规则热运动,对于气体动理论的建立以及确认物质结构的原子性具有重要意义,并且推动统计物理学特别是涨落理论的发展。
由于布朗运动代表一种随机涨落现象,它的理论对于仪表测量精度限制的研究以及高倍放大电讯电路中背景噪声的研究等有广泛应用。
这是1826年英国植物学家布朗(1773-1858)用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的。
后来把悬浮微粒的这种运动叫做布朗运动。
不只是花粉和小炭粒,对于液体中各种不同的悬浮微粒,都可以观察到布朗运动[1]。
那么,布朗运动是怎么产生的呢?在显微镜下看起来连成一片的液体,实际上是由许许多多分子组成的。
液体分子不停地做无规则的运动,不断地抓高年级微粒。
悬浮的微粒足够小时,受到的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,微粒在另一个方向受到的撞击作用强,致使微粒又向其它方向运动。
这样,就引起了微粒的无规则的布朗运动。
1827年,苏格兰植物学家R·布朗发现水中的花粉及其它悬浮的微小颗粒不停地作不规则的曲线运动,称为布朗运动。
人们长期都不知道其中的原理。
50年后,J·德耳索提出这些微小颗粒是受到周围分子的不平衡的碰撞而导致的运动。
布朗运动-高考物理知识点
布朗运动-高考物理知识点
(1)分子在气体中的运动不能直接观察,但可以通过实验间接推测,布朗运动就是这类实验中的一个。
(2)布朗运动,从显微镜中可以观察到这些颗粒都在不停地作杂乱运动。
如果把视线集中在某一颗粒上,就可以看到这个颗粒在作短促的杂乱跳跃,方向不断改变。
(3)悬浮颗粒作杂乱运动的原因:液体内的分子不停地作杂乱的运动,分子不断地从四面八方撞击悬浮颗粒。
由于在任一瞬间,分子从各个方向对颗粒的撞击力是互不平衡的,颗粒总是向着撞击作用较弱的那个方向运动。
如果撞击力不断改变方向和大小,颗粒的运动方向也随之不断改变。
由小颗粒作杂乱的布朗运动,反映了液体内部分子在不断地作杂乱运动。
(4)通常在液体中,每个微小颗粒受周围分子的碰撞,每秒约有1021次。
在空气中,虽然气体分子的密度较小,但每秒碰撞的次数至少也有1015次。
在这么频繁的碰撞下,所观察到的只是小颗粒的一种平均运动。
(5)实验结果表明,微小颗粒作布朗运动的剧烈程度与温度的高低有密切关系。
随着温度的升高,悬浮颗粒的运动加剧,实质是分子的杂乱运动变得剧烈。
中学物理布朗运动实验探究教案
中学物理布朗运动实验探究教案教案:中学物理布朗运动实验探究引言:布朗运动是指微小颗粒(如烟尘、花粉等)在液体或气体中自发无序的运动现象。
其背后的物理原理至今仍是科学家们关注的焦点之一。
本实验旨在通过实际操作,探究和验证布朗运动与粒子大小、浓度、环境温度之间的关系,让学生对这一现象有更深入的了解。
实验目的:1. 探究布朗运动与颗粒大小的关系;2. 探究布朗运动与颗粒浓度的关系;3. 探究布朗运动与环境温度的关系。
实验器材:1. 显微镜2. 玻璃片3. 鼠尾草花粉(或者烟尘等颗粒)4. 室温下的水实验步骤:1. 准备一块干净的玻璃片,并在其上滴上一滴水,将水滴扩散均匀;2. 玻璃片摆放在显微镜的台上,调整显微镜使得样品清晰可见;3. 使用显微镜观察和记录花粉颗粒的运动情况;4. 将观察时间定为1分钟,记录观察过程中花粉颗粒的运动轨迹;5. 更改花粉颗粒的种类和大小,重复步骤3和步骤4;6. 在一定范围内,增加花粉颗粒的浓度,重复步骤3和步骤4;7. 将环境温度改变(例如使用恒温器控制),重复步骤3和步骤4。
实验结果:1. 根据观察和记录的数据,对比不同粒径的颗粒在布朗运动中的运动情况;2. 对比不同浓度条件下颗粒的运动特征;3. 对比不同温度条件下颗粒的运动特征。
实验讨论:1. 根据实验结果,讨论不同粒径、浓度和温度对布朗运动的影响;2. 解释布朗运动背后的物理原理。
实验延伸:1. 探究其他影响布朗运动的因素,如环境压力、液体粘度等;2. 尝试使用不同颗粒和液体进行实验,比较结果的差异。
实验小结:通过这个实验,我们深入了解了布朗运动这一有趣的现象,并通过实际操作验证了粒子大小、浓度和温度对布朗运动的影响。
同时,我们也触发了更多思考,探索其他可能影响布朗运动的因素。
通过实验,我们不仅学到了物理知识,更培养了实验设计、观察和数据分析的能力。
(文章长度约800字,根据题目要求,可以适当补充细节描述,增加字数限制。
布朗运动——精选推荐
布朗运动43 布朗运动华东理⼯⼤学化学系胡英43.1 引⾔1827年,英国植物学家布朗(Brown R)在光学显微镜下发现了悬浮在⽔中的花粉颗粒进⾏着⽆休⽌的不规则运动,他正确地将这种以后被称为布朗运动的起因归结于物质的分⼦本性。
但争论⼀直延续,直到1888年古艾(Gouy G)做了排除了其它可能原因如机械振动、对流和光照的实验后,才告消除。
正如佩兰(Perrin J)在1910年指出的,颗粒的独⽴运动并不受到密度和组成的影响。
在《物理化学》6.4中对布朗运动已有了初步的讨论,导得了爱因斯坦(Einstein A)-斯莫鲁霍夫斯基(Smoluchowski M von)⽅程,Dt z 22>=<,其中><2z 是颗粒在t 时的均⽅位移,D 是扩散系数;⼜导得斯托克斯(Stokes G G)-爱因斯坦⽅程,) π6/(L r RT D η=,r 是颗粒半径,η是粘度。
在本章中将进⾏更深⼊的介绍。
我们将从计⼊随机⼒的朗之万(Langevin P)⽅程开始,⾸先对单个粒⼦的运动解出其速度和位移,并引⼊时间相关函数;然后讨论在位形和速度相空间中找到颗粒的概率,导出其随时间的演变,得出扩散⽅程。
最后在结语中简要提及不同颗粒运动间的相关。
对布朗运动的进⼀步了解,将为研究稠密流体包括⾼分⼦熔体中的传递打下良好的基础。
43.2 朗之万⽅程设在粘度为η、密度为ρ的流体中,有⼀半径为a 质量为m 的中性球体颗粒漂浮着,颗粒密度可视为与流体密度相同,因此有3/43ρa m π=。
如果时间尺度⽐起ηρ/2a ⾜够长(后者称为粘滞弛豫viscous relaxation ,来源见后),运动的幅度⼜⽐a ⼩时,这时流体的粘滞响应可⽤准稳态的斯托克斯拖曳⼒来表⽰,可以应⽤斯托克斯定律u f a ηπ=6,f 即拖曳⼒或摩擦⼒,t d /d r u =是颗粒的运动速度,r 是位置,f 、u 、r 均为⽮量。
《布朗运动》 知识清单
《布朗运动》知识清单一、什么是布朗运动布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。
这些微粒通常非常小,肉眼难以直接观察到。
例如,在显微镜下观察到的花粉颗粒在水中的运动就是一种典型的布朗运动。
布朗运动不是由外界的作用力引起的,而是由于液体或气体分子的热运动对微粒的不断撞击,使得微粒从一个位置随机地移动到另一个位置。
二、布朗运动的发现历程布朗运动是由英国植物学家罗伯特·布朗在 1827 年首先观察到的。
当时,他在显微镜下观察花粉颗粒在水中的运动,发现花粉颗粒不停地做不规则的运动。
起初,布朗认为这种运动是由花粉颗粒的生命活动引起的。
但经过进一步的实验和观察,他发现即使是没有生命的微小颗粒,在液体中也会表现出同样的无规则运动。
在布朗发现这一现象后的很长一段时间里,科学家们对其产生的原因进行了深入的研究和探讨。
直到爱因斯坦在 1905 年发表了一篇重要的论文,从理论上解释了布朗运动的本质,使得人们对布朗运动有了更深刻的理解。
三、布朗运动的特点1、无规则性布朗运动的轨迹是完全随机的,没有任何可预测的规律。
微粒在不同的时刻会朝着不同的方向移动,其运动路径曲折复杂。
2、永不停息只要温度不降到绝对零度,布朗运动就会一直持续下去。
这是因为液体或气体分子的热运动是永不停息的,它们对微粒的撞击也不会停止。
3、微粒越小,运动越明显一般来说,微粒越小,其受到分子撞击的不平衡性就越显著,布朗运动也就越剧烈。
相反,较大的微粒由于受到分子撞击的合力更容易趋于平衡,其布朗运动相对不明显。
4、温度越高,运动越剧烈温度升高,分子的热运动加剧,对微粒的撞击更加频繁和强烈,导致布朗运动更加剧烈。
四、布朗运动与分子热运动的关系布朗运动是分子热运动的宏观表现。
虽然我们无法直接观察到分子的热运动,但通过观察布朗运动,可以间接证明分子在不停地做无规则运动。
分子热运动是布朗运动的原因。
液体或气体分子的无规则热运动,不断地撞击着悬浮微粒,使其产生了无规则的布朗运动。
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布朗运动实验中的常见问题及解决方法 浙江嘉兴学院平湖校区 江建
摘要:布朗运动实验中经常出现微粒取材不易、凹坑制作不便、浊液容易干涸、光源易受影响等问题,本文从理论和实践上较详细地阐述了切实可行的解决问题的方法。
关键词:布朗运动 常见问题 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)凹坑制作不便 教参中介绍盛载悬浊液的载玻片上应事前用蜡做一个小凹坑,以便覆盖盖玻片后留有适当的悬浊液层。实际上如此制作相当不方便:一是熔化过的蜡与载玻片的粘合相当牢固,残留在凹坑内的废弃蜡不容易清除干净,影响光线通过;二是蜡层厚薄、平整程度不易控制;三是实验完毕后清理载玻片相当费时费力。有的教参中提到也可用其它方法在载玻片上做一个小凹坑,但也不甚方便。
(3)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。
(4)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16×40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0.3~0.8μm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0.2~0.5mm的一个小黑点,布朗运动现象相当清楚:线度约为0.2mm的像在1s时间里,绝大多数有1~2mm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。
第四、悬浊液制备的方法及悬浊液优劣的简便判别标准。现以深红色水粉画颜料为例作简要介绍: 器材:小号一次性透明塑料杯1只,一次性筷子1根(替代搅拌棒),50mL小量杯1只,深红色水粉画颜料1支,开水若干。
方法:在搅拌棒一端挤上一颗绿豆粒大小的水粉画颜料放入盛有40mL开水的塑料杯中,快速搅拌直到水粉画颜料均匀溶入水中,经观察符合标准后即可投入使用。实际上悬浊液的使用量是相当少的(制作20片观察片所需悬浊液仅仅2mL),之所以配制这么多,主要原因:一是量太少不便搅拌,二是量少颗粒浓度难把握。
上述方法配制的悬浊液浓度较适当。若把显微镜调焦到悬浊液的中下观察层,将能看到:“颗粒”间距平均约为2~3mm,比较适合颗粒整体的布朗运动现象的观察。若把显微镜调焦到悬浊液的中上观察层,则会看到:“颗粒”间距平均约为5~8mm,比较适合个别颗粒运动的跟踪观察。取颜料的多少是影响悬浊液浓度的关键,尽可能正确些,但也不必过于强求。因为实践证明颜料多三分之一与少三分之一,浓度均在理想范围之内。 悬浊液优劣的判别标准:杯子底部悬浊液在逆光中几乎看不到有颗粒存在,静放5分钟后,上下液层无明显的色差,此时的悬浊液使用效果比较好。否则说明颗粒还不够小,还需要快速搅拌一会儿。当然颗粒沉淀是不可避免的,但颗粒愈小,颗粒上下分布的梯度就会愈小,相对而言,颗粒悬浮的时间会愈长一些。
2 悬浊液观察片的制作 (1)载玻片凹坑的制作 器材与工具:载玻片1块,厚度为0.1~0.2mm、大小与载玻片相当的透明胶带1条,边长12mm正方形小纸片1片,美工刀1把,直尺1根。
方法与步骤:先把纸片放在透明胶带粘面中央粘牢(纸片的主要作用是防止凹坑被胶带的胶水污染),然后把胶带粘在载玻片上(纸片应位于载玻片中央,并尽量使胶带与载玻片之间不留空气泡,使胶带牢固、平整地粘在载玻片上),最后用美工刀和直尺把粘有纸片的这一部分胶带刻掉,就能方便、快捷、干净地在载玻片上制成一个12mm见方深为0.1~0.2mm的凹坑。
凹坑深度一般不要超过0.5mm,否则会出现三个问题:一是无法对某一颗粒进行跟踪观察,因为颗粒不会一直平移运动;二是由于颗粒沉淀而无法调焦;三是影响背景亮度。
(2)防干涸观察片的制作 器材:带凹坑的载玻片、17mm×17mm盖玻片各1片,配制好的悬浊液,凡士林(可用黄油替代)、餐巾纸、牙签若干。
方法:搅拌棒在悬浊液容器里搅拌几下后,将一至二滴悬浊液滴入平放在桌面上的载玻片的凹坑中央(此时搅拌的目的是让制作的观察片里有不同大小的颗粒,以便对比观察和调焦),盖上盖玻片(要使悬浊液充满整个凹坑且无小气泡存在),然后用牙签轻轻压一下盖玻片四周,使盖玻片与胶带接触密实,用餐巾纸擦拭干净从盖玻片周围溢出的悬浊液,然后用一根牙签轻轻地压住盖玻片的一边,不要让它移动,用另外一根牙签沾一点凡士林均匀地涂在盖玻片四周边缘与胶带的接触处,把盖玻片与胶带间的空隙外围封住,防止悬浊液通过空隙向外蒸发而逐渐干涸。(注意:密封油不要涂得太多,更不要沾到盖玻片上的凹坑区域,以免影响透光和污染镜头)
为什么要用凡士林?一是操作方便、密封性能好。二是实验完成后清理简单,通常只需用一些餐巾纸擦拭即可彻底清除,不会损坏盖玻片。实践表明,采用本方法密封即使碰到干燥的天气,也能使观察片保持一天的有效时间。
3 免调节光源的制作和安装 免调节光源的原理:制作一个高度适中的照明头,固定在载物台下面遮光器的光圈孔里形成一个特制的光源,用它来替代显微镜面镜的反射光,彻底消除环境或人为因素对显微镜用光的干扰。
(1)照明头的制作方法 器材:φ15(较小的一端)橡皮塞1个、φ5mm淡绿色(或接近白色)高亮度发光二极管1个,长20~30cm细导线2根,电烙铁1把、焊锡若干,橡皮塞打孔器1套。 常用的高亮度发光二极管,在5~40mA的工作电流下均能正常发光,实验中发现工作电流达到25mA已能较好满足观察要求。在清晰度上,淡绿色光线虽比白色光线稍逊色一点,但存在白色光所没有的功效:观察时眼睛不容易疲劳。
方法:用打孔器在橡皮塞中心打一个φ5mm的通孔,把2根细导线分别焊在二极管的2个电极上,并把两电极分别用绝缘胶布包好,然后把二极管插入橡皮塞,使二极管的发光端面与橡皮塞较小一端的端面等高即可。
(2)安装方法 器材:显微镜1台,悬浊液观察片1片,特制的照明头1套,50Ω滑动变阻器1个,干电池2节,电池盒1个,导线1根。
安装:如图1,将照明头轻轻插入显微镜遮光器最大的光圈孔里(孔径一般为φ16mm),左右旋转照明头使之垂直、牢固地卡在光圈孔里;把照明头、滑动变阻器、电池盒用导线串联成闭合电路,将滑动变阻器的滑片调在中间位置,然后装入电池即可使用。改变滑动变阻器的阻值可以方便地调节用光的亮度。
注意:实验完毕,拆卸整套实验装置后,载玻片和盖玻片上密封油须及时清除,否则时间太长容易干涸而难以除掉,且容易损坏盖玻片。可把载、盖玻片放入带洗洁精的温水中清理油腻,然后用餐巾纸擦干净;也可直接用餐巾纸擦掉油脂。载玻片上制成凹坑的胶带不必拆掉,只要不损坏,可重复使用多次。照明头从显微镜上轻轻旋下后与载玻片包在一起,以备下一次再用。
2006-01-11 原载《教学仪器与实验》2005.8