如何用激光器觀察布朗運(yùn)動(dòng) 由物理網(wǎng)資料整理
一、實(shí)驗(yàn)器材
1支玩具激光器，1只廢舊白熾燈泡，1塊長(zhǎng)30cm、寬10cm的小木板,8號(hào)鐵絲長(zhǎng)約50cm,3顆鐵釘,30cm長(zhǎng)的細(xì)線,水和少許淀粉。
二、制作
(1)把白熾燈泡的底座取掉，將內(nèi)部的燈絲取出，用水將內(nèi)外清洗干凈，再在燈泡內(nèi)裝滿純凈的水;
(2)將鐵絲剪斷并且彎成兩個(gè)U型支架倒立釘在木板上，把激光器用細(xì)線固定在U型支架上面;
(3)使3顆鐵釘形成三角形釘在木板上將裝滿純凈水的玻璃燈泡放在3顆鐵釘之間，一定要放平穩(wěn)，如圖1所示。
三、實(shí)驗(yàn)演示
(1)把教室的門和窗戶的窗簾關(guān)起來，打開激光器，激光通過燈泡射在白色墻壁(有屏幕更好)上，此時(shí)在墻壁上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的光斑(光斑的顏色與激光器發(fā)出的光的顏色相同)。這是因?yàn)椴ＡШ退恼凵渎蚀笾孪嗤矣直瓤諝獾拇�，這樣裝滿水的玻璃燈泡就相當(dāng)一個(gè)凸透鏡，它具有擴(kuò)散光束的作用。
(2)將少許淀粉撒入玻璃燈泡中的水里，我們立即就會(huì)在墻壁上觀察到在光斑中有很多微小的發(fā)光點(diǎn)在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這是由于液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)從各個(gè)方向撞擊懸浮在液體中的微小淀粉顆粒，從而引起這些微小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這些無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的微小顆粒經(jīng)過擴(kuò)散的激光束照射，成為一個(gè)個(gè)不停地運(yùn)動(dòng)的光點(diǎn)而映現(xiàn)在墻壁上，這就是布朗運(yùn)動(dòng)。注意淀粉不能撒得太多，撒多了光斑很暗，光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)也看不清楚。
(3)若觀察時(shí)間較長(zhǎng)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)慢慢增大，且無規(guī)則運(yùn)動(dòng)也變得緩慢。這是因?yàn)榈矸垲w粒在水中吸收水分子后發(fā)生了膨脹，質(zhì)量和體積增大了，所受周圍水分子碰撞次數(shù)增多，其平衡性加強(qiáng)，因此其做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速度變慢了。
(4)如果我們將玻璃燈泡里面的水倒去一部分，再加入一些熱水，發(fā)現(xiàn)光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)明顯加快了。由此更能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到分子運(yùn)動(dòng)隨溫度的升高而變得更加激烈。
四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)
利用一支玩具激光器對(duì)原布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，特別是通過具有凸透鏡性質(zhì)的裝滿純凈水的玻璃燈泡，不但對(duì)激光束具有擴(kuò)散作用，而且對(duì)水中微小顆粒具有放大成像的作用，從而使微小淀粉顆粒所產(chǎn)生的布朗運(yùn)動(dòng)更加明顯，從而取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。
利用這一裝置還可以觀察生物切片的載玻片，使生物學(xué)很多在課堂上難以實(shí)現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)取得滿意的效果。
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