“布朗运动”教学的有效性

摘 要：物理学是一门以实验为基础的学科，由于高中物理实验的真实性和直观性的特点，学生对物理实验有着强烈的探究欲望，作为一线物理教师，在平时的教学中应灵活运用物理实验这一教学手段，创设合理的问题情境，有效的引导学生观察实验，让学生深入了解物理知识的同时掌握科学的探究方法，从而进一步提升学生的创新思维能力和动手操作能力。做好中学物理实验，认清实验现象，看到事物的本质，对中学生综合能力的快速提升意义重大，本文以高中物理选修3-3中“布朗运动”实验中的现象和自己对该实验的理解，谈几点认识：

关键词：布朗运动；实验教学；有效性

一、教学困难：在多年的教学中我发现大多数学生对本节实验现

象的描述和成因的分析上比较模糊，尤其是对生活中用肉眼看见的微尘的无规则运动和布朗运动的本质不加区别。究其原因是学生在阅读课本获取新知的过程中对说明的内容不加思考，阅读过于粗略，不能精准挖掘信息，这样导致的结果是学生对所学的知识不能完全吃透，在分组实验中不能游刃有余。为了让学生尽快明白真相，特设例详细分析。

二、布朗运动的定义：在显微镜下观察悬浮在水中的藤黄粉、花

粉微粒的无规则运动，其微粒线度一般为：而人眼25cm的视距下的最小分辨距离为0.1mm，对于布朗微粒这么小的尺寸我们用肉眼是无法分辨的，只能在显微镜下面看见，所以我们在生活中用肉眼看见的光束中大量尘埃所做的无规则运动就不是布朗运动。

（一）成因分析：力是改变物体运动状态的根本原因，不论是布朗运动还是阳光束中小微粒的无规则运动，都是受力不均引起的，他们运动的不同之处是：布朗微粒线度较小，通过受力可知布朗微粒在液体中主要受到重力和浮力的作用，由悬浮条件知，这是一对平衡力，其合力为零，这样的一对力不可能使布朗微粒做无规则运动。除此之外布朗微粒周围有着不计其数的水分子在永不停息的运动，来自四面八方的水分子难免会跟布朗微粒发生碰撞，因布朗微粒太小，在同一瞬间各个方向上和布朗微粒碰撞的水分子数目不同，这样就导致了涨落不定的撞击力的不平衡，使得布朗微粒朝着碰撞强的方向运动，下一刻，另一方向的作用强它会就朝着强的这个方向运动，这样就表现出了运动的不规则性；微粒线度较大时，在同一瞬间跟他碰撞的分子数目由概率可知一样多，各个方向的撞击作用接衡，这就很难做无规则运动了。

（二）实验结论：布朗运动的无规则性间接的表明了液体分子永不停息的在做无规则运动。一个布朗微粒由成千上万个分子构成，它的无规则运动是大量水分子共同作用的结果，布朗颗粒本身就不会在流体中做无规则运动。

三、悬浮在沸水中胡椒粉的无规则运动成因分析

胡椒粉颗粒质量较大，在水中要受到重力、浮力的作用。水沸腾时，大量气泡迅速上升，迫使水中局部液体向各个方向翻滚，浮在水中的花椒粉与液体表面形成不定向的摩擦，花椒粉会随波逐流，在水中表现出了无规则运动。这种运动跟布朗运动有着本质的区别，有部分学生认为在水中，大量的水分子不停的和花椒粉末发生碰撞，他就是布朗运动。可不知花椒粉颗粒质量很大，分子质量很小，二者相比，水分子质量小的可以近似忽略，碰撞过程中我们近似认为动量守恒，因为花椒粉质量很大，所以碰撞后获得的速度很小，几乎为零。这就如同我们用乒乓球去撞击地球一样，乒乓球基本以原速度返回，而地球且一动不动。因此，花椒粉在水中的无规则运动就不是水分子碰撞的不平衡性引起的。再比如，风沙弥漫、尘土飞扬等等，也不是什么布朗运动，其运动基本上都是气流作用下的不定向运动。

四、丁达尔现象

当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现一条光亮的“通路”，这种现象就是丁达尔现象。

（一）产生原因：光在传播过程中，光线照射到粒子时，如果粒子线度大于入射光波长很多倍，则发生光的反射现象；如果粒子小于入射光波长，则发生光的散射现象，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光。丁达尔效应就是光的散射现象。由于溶液粒子大小一般不超过。胶体粒子介于溶液中溶质粒子和悬浊液粒子之间，其大小在，小于可见光波长（400nm～750nm）。因而，当可见光透过胶体时会产生明显的散射作用。

（二）暗室现象：在暗室中，当一束平行光通过肉眼看来完全透明的胶体，从垂直于光束的方向，可以观察到有一浑浊发亮的光柱，其中有很多微粒闪烁，该现象就是丁达尔现象。值得一提的是，和丁达尔现象所伴随的另一种现象是我们在生活中看见了很多微粒在光柱中做无规则运动，其原因和悬浮在沸水中胡椒粉的无规则运动一样，都是气流作用下的不定向运动。我们用肉眼看得比较清楚：其一是因为这种微粒被散射光从四周照亮，其二是这种微粒的线度要比布朗微粒大好多。

综合上述，布朗运动和生活中用肉眼看见的尘埃的无规则运动，运动的机理不同，因而运动的本质也就不同。在授课过程中，只有将其中的道理一点一滴的挖掘出来，呈现在学生面前，才能取得良好的教学成果，才能达到高效课堂的目的，尤其是物理实验课才能提高教学的有效性。