2025年高考運用數碼顯微鏡演示布朗運動現象和相關規律
來源:網絡整理 2024-12-16 10:47:40
1實驗器材
數碼顯微鏡、電腦、投影大屏幕及其配套圖像處理軟件、鴕鳥牌碳素鋼筆水、廣告畫顏料、瓜葉菊花粉、載波片、蓋玻片、蒸餾水、玻璃棒、小燒杯、滴管。
實驗器材說明:筆者選用的是清大德仁牌ChindeDME32G數碼生物顯微鏡(正置式)。此顯微鏡自帶的80萬像素攝像頭,可以拍攝通過顯微鏡目鏡觀察到的圖像并將圖像輸入電腦,通過進一步放大后投影到大屏幕上展示出來。與顯微鏡配套的是Optieye圖像處理軟件。
2實驗步驟及實驗現象
(1)把數碼顯微鏡連接到電腦上,打開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,把載玻片放到數碼顯微鏡載物臺上,采用10倍的目鏡和40倍的物鏡時即可觀察到碳素鋼筆水微粒的不停息的無規則運動。將視野中觀察到的圖像轉錄到計算機屏幕和投影上,學生就可以觀察了。
(4)用Optieye圖像處理軟件的抓圖功能,抓取出一幅畫面,選擇畫面中重點觀察過的小微粒,用軟件的測量功能,對畫面中的小微粒按照微粒的長度畫一條線,軟件將自動顯示微粒的長度,可以用這種測量方法多測幾個點。筆者實驗時測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)用另外一個小燒杯量取40mL的蒸餾水,用小刀刮取蠶豆粒大小的廣告畫顏料,放入蒸餾水中,用玻璃棒攪拌均勻。在載玻片上滴該溶液,調節顯微鏡的方法如步驟3,學生可以通過投影觀察到廣告顏料微粒的不停息的無規則運動,但其運動程度明顯低于碳素鋼筆水的微粒。
(6)重復上述步驟4的抓圖及測量工作,測出廣告顏料微粒的大小約為4μm。為了說明微粒是做無規則運動的,筆者選擇一個重點觀察的微粒,安排學生計時,在同一視野每隔30s抓取一幅這個微粒的畫面,共抓取三個畫面(還可以更多些),在同一視野所抓拍的不同畫面中,從小微粒的中心向畫面的邊框連線,軟件可以自動測量出連線的長度,通過對比就會發現每幅畫面中上述距離都不相同。由于畫面的大小是不變的,從而進一步說明了小微粒的運動也是無規則的。
(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規則運動明顯變快了,說明水溫越高,微粒運動越劇烈。
(8)手握瓜葉菊花,將花粉輕輕地抖落到少量蒸餾水中,用手搖動裝有蒸餾水的小燒杯。用滴管吸少量溶液,滴在載玻片上,調節顯微鏡的方法如步驟(3),學生可以通過投影清晰地觀察到花粉團和微粒(瓜葉菊花的花粉微粒是圓球形的),但花粉微粒是靜止的。利用圖像軟件測量其直徑就會發現,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行對比,即可說明微粒越小,無規則運動越劇烈。
3對實驗的補充說明
選用碳素鋼筆水和廣告顏料色來完成上述實驗的效果很好,但它們不是花粉。為了避免學生產生誤解,教師需要給學生說明一下:布朗當年確實是在觀察花粉時,看到了液面上微粒的無規則運動,但只有花粉微粒小到一定程度時才能出現上述現象,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的粉末(如雕塑上面的粉末)進行實驗,最終才得到了結論。
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