逍遥学能 2017-05-12 10:47
如何用激光器观察布朗运动 由物理网资料整理
一、实验器材
1支玩具激光器，1只废旧白炽灯泡，1块长30cm、宽10cm的小木板,8号铁丝长约50cm,3颗铁钉,30cm长的细线,水和少许淀粉。
二、制作
(1)把白炽灯泡的底座取掉，将内部的灯丝取出，用水将内外清洗干净，再在灯泡内装满纯净的水;
(2)将铁丝剪断并且弯成两个U型支架倒立钉在木板上，把激光器用细线固定在U型支架上面;
(3)使3颗铁钉形成三角形钉在木板上将装满纯净水的玻璃灯泡放在3颗铁钉之间，一定要放平稳，如图1所示。
三、实验演示
(1)把教室的门和窗户的窗帘关起来，打开激光器，激光通过灯泡射在白色墙壁(有屏幕更好)上，此时在墙壁上会出现一个较大的光斑(光斑的颜色与激光器发出的光的颜色相同)。这是因为玻璃和水的折射率大致相同且又比空气的大，这样装满水的玻璃灯泡就相当一个凸透镜，它具有扩散光束的作用。
(2)将少许淀粉撒入玻璃灯泡中的水里，我们立即就会在墙壁上观察到在光斑中有很多微小的发光点在不停地做无规则运动。这是由于液体分子无规则运动从各个方向撞击悬浮在液体中的微小淀粉颗粒，从而引起这些微小颗粒的无规则运动。这些无规则运动的微小颗粒经过扩散的激光束照射，成为一个个不停地运动的光点而映现在墙壁上，这就是布朗运动。注意淀粉不能撒得太多，撒多了光斑很暗，光点的运动也看不清楚。
(3)若观察时间较长，我们会发现光点慢慢增大，且无规则运动也变得缓慢。这是因为淀粉颗粒在水中吸收水分子后发生了膨胀，质量和体积增大了，所受周围水分子碰撞次数增多，其平衡性加强，因此其做无规则运动的速度变慢了。
(4)如果我们将玻璃灯泡里面的水倒去一部分，再加入一些热水，发现光点的运动明显加快了。由此更能使学生认识到分子运动随温度的升高而变得更加激烈。
四、实验改进后的优点
利用一支玩具激光器对原布朗运动实验的改进，实验现象直观，特别是通过具有凸透镜性质的装满纯净水的玻璃灯泡，不但对激光束具有扩散作用，而且对水中微小颗粒具有放大成像的作用，从而使微小淀粉颗粒所产生的布朗运动更加明显，从而取得了良好的实验效果。
利用这一装置还可以观察生物切片的载玻片，使生物学很多在课堂上难以实现的演示实验取得满意的效果。