2025年高考運(yùn)用數(shù)碼顯微鏡演示布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和相關(guān)規(guī)律

　　1實(shí)驗(yàn)器材

　　數(shù)碼顯微鏡、電腦、投影大屏幕及其配套圖像處理軟件、鴕鳥(niǎo)牌碳素鋼筆水、廣告畫(huà)顏料、瓜葉菊花粉、載波片、蓋玻片、蒸餾水、玻璃棒、小燒杯、滴管。

　　實(shí)驗(yàn)器材說(shuō)明：筆者選用的是清大德仁牌ChindeDME32G數(shù)碼生物顯微鏡（正置式）。此顯微鏡自帶的80萬(wàn)像素?cái)z像頭，可以拍攝通過(guò)顯微鏡目鏡觀察到的圖像并將圖像輸入電腦，通過(guò)進(jìn)一步放大后投影到大屏幕上展示出來(lái)。與顯微鏡配套的是Optieye圖像處理軟件。

　　2實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

　　（1）把數(shù)碼顯微鏡連接到電腦上，打開(kāi)Optieye圖像處理軟件。

　　（2）在室溫下用小燒杯量取40mL的蒸餾水。

　　（3）用滴管吸少量碳素鋼筆水，滴3滴在蒸餾水中，用玻璃棒攪拌均勻。用另一支滴管吸少量溶液，把溶液滴到載玻片上，蓋好蓋玻片，把載玻片放到數(shù)碼顯微鏡載物臺(tái)上，采用10倍的目鏡和40倍的物鏡時(shí)即可觀察到碳素鋼筆水微粒的不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。將視野中觀察到的圖像轉(zhuǎn)錄到計(jì)算機(jī)屏幕和投影上，學(xué)生就可以觀察了。

　　（4）用Optieye圖像處理軟件的抓圖功能，抓取出一幅畫(huà)面，選擇畫(huà)面中重點(diǎn)觀察過(guò)的小微粒，用軟件的測(cè)量功能，對(duì)畫(huà)面中的小微粒按照微粒的長(zhǎng)度畫(huà)一條線，軟件將自動(dòng)顯示微粒的長(zhǎng)度，可以用這種測(cè)量方法多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)。筆者實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)出小的微粒的直徑約為07μm，略大一些的微粒的直徑約為127μm。

　　（5）用另外一個(gè)小燒杯量取40mＬ的蒸餾水，用小刀刮取蠶豆粒大小的廣告畫(huà)顏料，放入蒸餾水中，用玻璃棒攪拌均勻。在載玻片上滴該溶液，調(diào)節(jié)顯微鏡的方法如步驟3，學(xué)生可以通過(guò)投影觀察到廣告顏料微粒的不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，但其運(yùn)動(dòng)程度明顯低于碳素鋼筆水的微粒。

　　（6）重復(fù)上述步驟4的抓圖及測(cè)量工作，測(cè)出廣告顏料微粒的大小約為4μm。為了說(shuō)明微粒是做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，筆者選擇一個(gè)重點(diǎn)觀察的微粒，安排學(xué)生計(jì)時(shí)，在同一視野每隔30s抓取一幅這個(gè)微粒的畫(huà)面，共抓取三個(gè)畫(huà)面（還可以更多些），在同一視野所抓拍的不同畫(huà)面中，從小微粒的中心向畫(huà)面的邊框連線，軟件可以自動(dòng)測(cè)量出連線的長(zhǎng)度，通過(guò)對(duì)比就會(huì)發(fā)現(xiàn)每幅畫(huà)面中上述距離都不相同。由于畫(huà)面的大小是不變的，從而進(jìn)一步說(shuō)明了小微粒的運(yùn)動(dòng)也是無(wú)規(guī)則的。

　　（7）把載玻片從顯微鏡上取下，用酒精燈給載玻片加熱30s～40s，再把載玻片放回到顯微鏡上。可以觀察到廣告顏料微粒的不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)明顯變快了，說(shuō)明水溫越高，微粒運(yùn)動(dòng)越劇烈。

　　（8）手握瓜葉菊花，將花粉輕輕地抖落到少量蒸餾水中，用手搖動(dòng)裝有蒸餾水的小燒杯。用滴管吸少量溶液，滴在載玻片上，調(diào)節(jié)顯微鏡的方法如步驟（3），學(xué)生可以通過(guò)投影清晰地觀察到花粉團(tuán)和微粒（瓜葉菊花的花粉微粒是圓球形的），但花粉微粒是靜止的。利用圖像軟件測(cè)量其直徑就會(huì)發(fā)現(xiàn)，瓜葉菊花粉直徑為30μm左右，與碳素鋼筆水和廣告顏料微粒的直徑進(jìn)行對(duì)比，即可說(shuō)明微粒越小，無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈。

　　3對(duì)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充說(shuō)明

　　選用碳素鋼筆水和廣告顏料色來(lái)完成上述實(shí)驗(yàn)的效果很好，但它們不是花粉。為了避免學(xué)生產(chǎn)生誤解，教師需要給學(xué)生說(shuō)明一下：布朗當(dāng)年確實(shí)是在觀察花粉時(shí)，看到了液面上微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，但只有花粉微粒小到一定程度時(shí)才能出現(xiàn)上述現(xiàn)象，不是隨便選一種花粉就可以的。另外，他還選擇了大量其他物質(zhì)的粉末（如雕塑上面的粉末）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終才得到了結(jié)論。

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