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一種模擬演示布朗運(yùn)動(dòng)的新方法

2019-09-10 13:56張宇王梅榮
大眾科學(xué)·下旬 2019年3期
關(guān)鍵詞:玻璃球變阻器微粒

張宇 王梅榮

摘要:巧用音箱喇叭在交流電作用下帶動(dòng)黃豆及玻璃球振動(dòng)模擬布朗運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象

關(guān)鍵詞:模擬;布朗運(yùn)動(dòng)

在高中物理熱學(xué)部分,通過(guò)觀察布朗運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象可以證實(shí)分子在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。但是布朗運(yùn)動(dòng)要借助于顯微鏡才能被肉眼所觀察到,而且看到的也只是懸浮微粒的運(yùn)動(dòng),無(wú)法看到液體分子的運(yùn)動(dòng)。另外,這樣觀察在短時(shí)間內(nèi)也很難發(fā)現(xiàn)規(guī)律。因此,很有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M液體或氣體分子無(wú)規(guī)則地撞擊懸浮微粒而引起的布朗運(yùn)動(dòng),從而使學(xué)生能夠獲得很深的感性認(rèn)識(shí),進(jìn)而清楚布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因及其特點(diǎn)。下面介紹一種通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M演示布朗運(yùn)動(dòng)的新方法。

1.實(shí)驗(yàn)儀器:

音箱喇叭一只(8?,150W),自制透明有機(jī)玻璃罩,滑動(dòng)變阻器(50 ?,1·5A),學(xué)生電源,導(dǎo)線若干,黃豆(40—50粒),玻璃球大小各兩個(gè)(直徑分別為1cm和1·5cm)

2.實(shí)驗(yàn)原理:

電路如圖(1)所示。當(dāng)給音箱喇叭通以4—6V交流電時(shí),音箱喇叭開(kāi)始振動(dòng),玻璃罩內(nèi)的黃豆及玻璃球一起振動(dòng),同時(shí)黃豆與玻璃球發(fā)生無(wú)規(guī)則碰撞。以黃豆代表液體分子,玻璃球代表懸浮微粒,從而模擬布朗運(yùn)動(dòng)。

3.實(shí)驗(yàn)操作步驟:

⑴在喇叭上面放上40—50粒黃豆、兩個(gè)小玻璃球和兩個(gè)大一些的玻璃球,蓋上有機(jī)玻璃罩, 如圖(2)所示。

⑵按實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路,使滑動(dòng)變阻器接入電路阻值最大,學(xué)生電源接交流輸出(4—6V檔)。

⑶打開(kāi)電源開(kāi)關(guān),來(lái)回調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值,注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

4、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及模擬說(shuō)明的問(wèn)題:

⑴實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:接通電源后,開(kāi)始時(shí)黃豆及大小玻璃球運(yùn)動(dòng)較慢,隨著滑動(dòng)變阻器阻值減小,電路中電流增大,黃豆和大小玻璃球的運(yùn)動(dòng)越來(lái)越激烈并且無(wú)規(guī)則的碰撞著;對(duì)比來(lái)看,小玻璃球的運(yùn)動(dòng)較大玻璃球的運(yùn)動(dòng)更加激烈。

⑵實(shí)驗(yàn)?zāi)M說(shuō)明的問(wèn)題:黃豆及玻璃球的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)分別模擬液體分子和懸浮微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。電阻減小,電流增大,黃豆和大小玻璃球的運(yùn)動(dòng)越來(lái)越激烈的現(xiàn)象,模擬隨溫度升高分子運(yùn)動(dòng)越激烈,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯的現(xiàn)象。小玻璃球相比較大玻璃球運(yùn)動(dòng)激烈能夠模擬說(shuō)明懸浮微粒越小布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。

總而言之,通過(guò)這種方法模擬布朗運(yùn)動(dòng),實(shí)際上是把肉眼看不見(jiàn)的液體分子的運(yùn)動(dòng)和較難看見(jiàn)的懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)給宏觀化了。這樣做不但操作簡(jiǎn)單,效果明顯,而且很說(shuō)明問(wèn)題,對(duì)學(xué)生理解布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)起到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]楊宏兵.用Multimedia Toolbook模擬演示布朗運(yùn)動(dòng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2000(11):56-57.

[2]張季. 一種布朗運(yùn)動(dòng)的模擬演示系統(tǒng)及演示方法[P]. 安徽省:CN109326183A,2019-02-12.

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