布朗运动实验中的常见问题及解决方法
布朗运动是形成分子热运动概念的基础实验，它表明分子无规则运动特点、具有典型意义的科学实验之一。由于对布朗运动现象的解释，学生要用统计的观点和方法进行分析，初次学起来比较困难，因此要求教学中一定要让每一个学生都能清楚地观察到布朗运动现象。
在做布朗运动实验中，经常会出现以下一些问题困扰教师，并影响实验效果。
（1）微粒取材不易
教参中提到的悬浊液颗粒：花粉、藤黄一般不易得到，而使用稀释的碳素墨水或墨汁，则由于其颗粒太小，如果没有1500倍左右的高倍显微镜实际上是看不清布朗运动的。有的教参中提到：美术颜料用清水稀释后也可作为微粒。颜料显然取材容易，但是使用什么颜料、稀释到什么程度、怎样操作、观察效果怎样等细节问题却要靠教师自己摸索，给教师准备布朗运动实验带来了麻烦。
（2）凹坑制作不便
教参中介绍盛载悬浊液的载玻片上应事前用蜡做一个小凹坑，以便覆盖盖玻片后留有适当的悬浊液层。实际上如此制作相当不方便：一是熔化过的蜡与载玻片的粘合相当牢固，残留在凹坑内的废弃蜡不容易清除干净，影响光线通过；二是蜡层厚薄、平整程度不易控制；三是实验完毕后清理载玻片相当费时费力。有的教参中提到也可用其它方法在载玻片上做一个小凹坑，但也不甚方便。
（3）浊液容易干涸
由于盖玻片与凹坑层有空隙存在毛细现象，使悬浊液产生蒸发而逐渐减少，影响观察。一般晴朗的气候，空隙没有密封的观察片只能保持一节课的观察时间，碰到干燥的天气，十几分钟的时间凹坑内的悬浊液便所剩无几，若是给平行班上课，教师在每节课前不可避免地要重复以下操作：擦拭干净载玻片、盖玻片，装悬浊液，调光，调焦（粗调、细调）。曾经有教师提出：用蜡把盖玻片周围的空隙密封，以延长有效的观察时间。此方法设计思想正确，但用材不当，导致操作困难，清理时又常常会损坏盖玻片。显然用蜡作为密封材料不宜推广。
（4）光源易受影响
学生通常使用生物显微镜观察，适当亮度（使微粒与背景有明显的对比度）的光线透射是看清布朗运动现象的前提。由于这种光学显微镜是通过反光面镜反射漫射的太阳光或室内其它照明灯光的光线作为光源，因此当周围的光线有变化（如人员走动、阻挡或室外遮云的移动）或者显微镜有轻微的位置移动都会直接影响面镜反光的亮度或角度，造成对比度明显下降，从而给观察者带来操作上的不便。那么怎样才能行之有效地消除这些困扰？本人通过不断实验、对比和改进，从取材和制作上下功夫，解决上述问题，能基本实现观察实验的设计理念：取材容易、结构简单、制作方便、重复性强，现象观察效果较好。
1 微粒的选取与悬浊液的制备
悬浮颗粒的选择和悬浊液的制备是决定能否清楚地观察到布朗运动现象的关键。虽然布朗运动对颗粒的品种无要求，任何小颗粒都能产生布朗运动，但是把握颗粒的特征和恰当的稀释配制是取得理想效果的关键。
第一、要重点考虑颗粒的体积不能太大也不能太小。颗粒太大，现象不明显，甚至不产生布朗运动，原因是周围液体分子对颗粒的各个方向的冲力的平均效果易互相平衡；颗粒越小，显然布朗运动现象越明显，但相应地要求显微镜的倍数也就越高，同时显微镜对透射光线的要求也会相应的严格，此外眼睛也容易疲劳。所以要考虑硬件设备条件的限制，不能盲目追求太小的颗粒。鉴于观察工具普遍使用16×40倍的生物显微镜，通过实验对比，我的结论是悬浮颗粒的线度以0．3～0．8μm为最佳，这种颗粒在640倍的显微镜里看到的像相当于看距眼睛20cm之远、有浅白色背景衬托的线度为0．2～0．5mm的一个小黑点，布朗运动现象相当清楚：线度约为0．2mm的像在1s时间里，绝大多数有1～2mm的移动路程。这时眼睛即使盯住某一颗粒观察一分钟也不会太疲劳。
第二、要兼顾颗粒的比重和亲水性。最好选择与水的比重相当或略大的、能与水良好浸润的小颗粒，这种颗粒能较长时间悬浮在液体中。若颗粒太轻则容易上浮而集结在盖玻片上，而颗粒太重则会很快沉淀到载玻片上，这两种情况的出现都将不利于观察。虽然这一点考虑与否，对实验效果影响不大，但兼顾一下，在制备悬浊液时将会省时、省力。经过比较，我认为比较满意的材料是：宣传色颜料或水粉画颜料。用这两种颜料配制悬浊液较方便，从结果上看，颗粒大小适中、分布均匀、悬浮时间较长，实验效果比较好。
第三、也要兼顾颗粒的颜色。从实验清晰度上分析，颜料颜色的取舍比较宽松，只要避免使用较浅色的，均能取得比较好的效果。我们在显微镜里看到的“颗粒”，实际上是颗粒遮挡透射光所留影子的像，所以不管颗粒是什么颜色，在显微镜里通过调焦后清楚的像大多呈黑色颗粒（当然由于悬浊液颗粒对透射光的漫反射会使一些颗粒的中心呈现它原有的颜色）。而那些不在同一观察层面上的颗粒，不会出现上述的色差特征。比如，观察层下面一点的颗粒会呈现中间灰暗周围稍白的小圆圈（要看清这种颗粒，只要镜筒向下细调一点即可）。所以配制时不用浅色颜色料是为了消除悬浊液由于漫反射以及颗粒中心反光所引起的对比度减弱，从而能提高观察较小颗粒的清晰度。
第四、悬浊液制备的方法及悬浊液优劣的简便判别标准。现以深红色水粉画颜料为例作简要介绍：
器材：小号一次性透明塑料杯1只，一次性筷子1根（替代搅拌棒），50mL小量杯1只，深红色水粉画颜料1支，开水若干。
方法：在搅拌棒一端挤上一颗绿豆粒大小的水粉画颜料放入盛有40mL开水的塑料杯中，快速搅拌直到水粉画颜料均匀溶入水中，经观察符合标准后即可投入使用。实际上悬浊液的使用量是相当少的（制作20片观察片所需悬浊液仅仅2mL），之所以配制这么多，主要原因：一是量太少不便搅拌，二是量少颗粒浓度难把握。
上述方法配制的悬浊液浓度较适当。若把显微镜调焦到悬浊液的中下观察层，将能看到：“颗粒”间距平均约为2～3mm，比较适合颗粒整体的布朗运动现象的观察。若把显微镜调焦到悬浊液的中上观察层，则会看到：“颗粒”间距平均约为5～8mm，比较适合个别颗粒运动的跟踪观察。取颜料的多少是影响悬浊液浓度的关键，尽可能正确些，但也不必过于强求。因为实践证明颜料多三分之一与少三分之一，浓度均在理想范围之内。
悬浊液优劣的判别标准：杯子底部悬浊液在逆光中几乎看不到有颗粒存在，静放5分钟后，上下液层无明显的色差，此时的悬浊液使用效果比较好。否则说明颗粒还不够小，还需要快速搅拌一会儿。当然颗粒沉淀是不可避免的，但颗粒愈小，颗粒上下分布的梯度就会愈小，相对而言，颗粒悬浮的时间会愈长一些。
2 悬浊液观察片的制作
（1）载玻片凹坑的制作
器材与工具：载玻片1块，厚度为0．1～0．2mm、大小与载玻片相当的透明胶带1条，边长12mm正方形小纸片1片，美工刀1把，直尺1根。
方法与步骤：先把纸片放在透明胶带粘面中央粘牢（纸片的主要作用是防止凹坑被胶带的胶水污染），然后把胶带粘在载玻片上（纸片应位于载玻片中央，并尽量使胶带与载玻片之间不留空气泡，使胶带牢固、平整地粘在载玻片上），最后用美工刀和直尺把粘有纸片的这一部分胶带刻掉，就能方便、快捷、干净地在载玻片上制成一个12mm见方深为0．1～0．2mm的凹坑。
凹坑深度一般不要超过0．5mm，否则会出现三个问题：一是无法对某一颗粒进行跟踪观察，因为颗粒不会一直平移运动；二是由于颗粒沉淀而无法调焦；三是影响背景亮度。
（2）防干涸观察片的制作
器材：带凹坑的载玻片、17mm×17mm盖玻片各1片，配制好的悬浊液，凡士林（可用黄油替代）、餐巾纸、牙签若干。
方法：搅拌棒在悬浊液容器里搅拌几下后，将一至二滴悬浊液滴入平放在桌面上的载玻片的凹坑中央（此时搅拌的目的是让制作的观察片里有不同大小的颗粒，以便对比观察和调焦），盖上盖玻片（要使悬浊液充满整个凹坑且无小气泡存在），然后用牙签轻轻压一下盖玻片四周，使盖玻片与胶带接触密实，用餐巾纸擦拭干净从盖玻片周围溢出的悬浊液，然后用一根牙签轻轻地压住盖玻片的一边，不要让它移动，用另外一根牙签沾一点凡士林均匀地涂在盖玻片四周边缘与胶带的接触处，把盖玻片与胶带间的空隙外围封住，防止悬浊液通过空隙向外蒸发而逐渐干涸。（注意：密封油不要涂得太多，更不要沾到盖玻片上的凹坑区域，以免影响透光和污染镜头）
为什么要用凡士林？一是操作方便、密封性能好。二是实验完成后清理简单，通常只需用一些餐巾纸擦拭即可彻底清除，不会损坏盖玻片。实践表明，采用本方法密封即使碰到干燥的天气，也能使观察片保持一天的有效时间。
3 免调节光源的制作和安装
免调节光源的原理：制作一个高度适中的照明头，固定在载物台下面遮光器的光圈孔里形成一个特制的光源，用它来替代显微镜面镜的反射光，彻底消除环境或人为因素对显微镜用光的干扰。
（1）照明头的制作方法
器材：φ15（较小的一端）橡皮塞1个、φ5mm淡绿色（或接近白色）高亮度发光二极管1个，长20～30cm细导线2根，电烙铁1把、焊锡若干，橡皮塞打孔器1套。
常用的高亮度发光二极管，在5～40mA的工作电流下均能正常发光，实验中发现工作电流达到25mA已能较好满足观察要求。在清晰度上，淡绿色光线虽比白色光线稍逊色一点，但存在白色光所没有的功效：观察时眼睛不容易疲劳。
方法：用打孔器在橡皮塞中心打一个φ5mm的通孔，把2根细导线分别焊在二极管的2个电极上，并把两电极分别用绝缘胶布包好，然后把二极管插入橡皮塞，使二极管的发光端面与橡皮塞较小一端的端面等高即可。
（2）安装方法
器材：显微镜1台，悬浊液观察片1片，特制的照明头1套，50Ω滑动变阻器1个，干电池2节，电池盒1个，导线1根。
安装：如图1，将照明头轻轻插入显微镜遮光器最大的光圈孔里（孔径一般为φ16mm），左右旋转照明头使之垂直、牢固地卡在光圈孔里；把照明头、滑动变阻器、电池盒用导线串联成闭合电路，将滑动变阻器的滑片调在中间位置，然后装入电池即可使用。改变滑动变阻器的阻值可以方便地调节用光的亮度。
注意：实验完毕，拆卸整套实验装置后，载玻片和盖玻片上密封油须及时清除，否则时间太长容易干涸而难以除掉，且容易损坏盖玻片。可把载、盖玻片放入带洗洁精的温水中清理油腻，然后用餐巾纸擦干净；也可直接用餐巾纸擦掉油脂。载玻片上制成凹坑的胶带不必拆掉，只要不损坏，可重复使用多次。照明头从显微镜上轻轻旋下后与载玻片包在一起，以备下一次再用。
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