用头发丝衬托布朗运动

悬浮在液体中的小颗粒的布朗运动是分子无规则运动的实验证据。做好观察布朗运动的实验，能让学生清楚地看到布朗运动，是上好“分子的热运动”这一节课的关键。为了让学生能使用显微镜观察布朗运动。达到易调、显见、能比较的目的，笔者对该实验作了如下改进：在显微镜的载玻片上滴有碳素墨水的稀溶液中加放一根头发丝，这样，学生调节时就容易在显微镜中先找到大目标――头发丝，再仔细调节，就可清楚地观察到头发丝旁的小颗粒在无规则地运动着。

不比不知道，一比就明了。用头发丝做衬托，跟头发丝相比较，同学们不难得出做布朗运动的小颗粒――布朗粒子不是单个分子的这个结论。这是因为我们熟悉的头发丝很细，直径仅有几个丝，也就是10-5米的数量级。然而经过显微镜放大后看到的头发丝，它的直径足有好几个毫米了。但同样放大的布朗粒子的直径还只有头发丝直径的百分之几，由此不难估算出布朗粒子直径为10-7米的数量级。这跟已知的分子直径为10-10米的数量级相比还大103倍。因此可以断定布朗粒子不可能是单个分子，因为分子太小，不可能在光学显微镜中被观察到。既然布朗粒子不是单个分子，那么布朗运动就不是分子的运动。但是，用头发丝做衬托，以头发丝为参照，跟头发丝相比较，就会容易发现较小的粒子在头发丝旁忽前、忽后，忽左、忽右地运动着，这是由于周围的液体分子对这些小微粒――布朗粒子撞击效果不平衡的结果。这正像“树动知风”的道理一样，由于布朗粒子不停息的无规则运动――布朗运动，反映了液体分子不停息的无规则运动――分子运动。那么，有时在较暗的房间里可以观察到射入屋内的阳光中有悬浮在空气里的小颗粒在飞舞，这是布朗运动吗?是气体分子运动的反映吗?联想到观察布朗运动的实验中，只有较小的颗粒才做布朗运动，而且颗粒越小，运动越明显，而那些较大的颗粒(这些颗粒的线度还是比头发丝的直径小得多)是不做布朗运动的。既然线度比头发丝的直径小得多的颗粒尚且不做布朗运动，那么，跟头发丝的直径可以比较的，能用肉眼直接看到的那些空气里悬浮的小颗粒更谈不上会做布朗运动了。因此，这些小颗粒的飞舞绝对不是气体分子无规则运动撞击的结果，而是由于气体的流动引起的运动。

用头发丝衬托布朗运动，既易于调节观察，又便于比较分析。这对中学生认识布朗运动的实质，领会布朗运动的意义是很有好处的。