2025年高考運(yùn)用數(shù)碼顯微鏡演示布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和相關(guān)規(guī)律
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)整理 2024-12-16 10:47:40
1實(shí)驗(yàn)器材
數(shù)碼顯微鏡、電腦、投影大屏幕及其配套圖像處理軟件、鴕鳥(niǎo)牌碳素鋼筆水、廣告畫顏料、瓜葉菊花粉、載波片、蓋玻片、蒸餾水、玻璃棒、小燒杯、滴管。
實(shí)驗(yàn)器材說(shuō)明:筆者選用的是清大德仁牌ChindeDME32G數(shù)碼生物顯微鏡(正置式)。此顯微鏡自帶的80萬(wàn)像素?cái)z像頭,可以拍攝通過(guò)顯微鏡目鏡觀察到的圖像并將圖像輸入電腦,通過(guò)進(jìn)一步放大后投影到大屏幕上展示出來(lái)。與顯微鏡配套的是Optieye圖像處理軟件。
2實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
(1)把數(shù)碼顯微鏡連接到電腦上,打開(kāi)Optieye圖像處理軟件。
。2)在室溫下用小燒杯量取40mL的蒸餾水。
。3)用滴管吸少量碳素鋼筆水,滴3滴在蒸餾水中,用玻璃棒攪拌均勻。用另一支滴管吸少量溶液,把溶液滴到載玻片上,蓋好蓋玻片,把載玻片放到數(shù)碼顯微鏡載物臺(tái)上,采用10倍的目鏡和40倍的物鏡時(shí)即可觀察到碳素鋼筆水微粒的不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。將視野中觀察到的圖像轉(zhuǎn)錄到計(jì)算機(jī)屏幕和投影上,學(xué)生就可以觀察了。
。4)用Optieye圖像處理軟件的抓圖功能,抓取出一幅畫面,選擇畫面中重點(diǎn)觀察過(guò)的小微粒,用軟件的測(cè)量功能,對(duì)畫面中的小微粒按照微粒的長(zhǎng)度畫一條線,軟件將自動(dòng)顯示微粒的長(zhǎng)度,可以用這種測(cè)量方法多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)。筆者實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)出小的微粒的直徑約為07μm,略大一些的微粒的直徑約為127μm。
。5)用另外一個(gè)小燒杯量取40mL的蒸餾水,用小刀刮取蠶豆粒大小的廣告畫顏料,放入蒸餾水中,用玻璃棒攪拌均勻。在載玻片上滴該溶液,調(diào)節(jié)顯微鏡的方法如步驟3,學(xué)生可以通過(guò)投影觀察到廣告顏料微粒的不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),但其運(yùn)動(dòng)程度明顯低于碳素鋼筆水的微粒。
。6)重復(fù)上述步驟4的抓圖及測(cè)量工作,測(cè)出廣告顏料微粒的大小約為4μm。為了說(shuō)明微粒是做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的,筆者選擇一個(gè)重點(diǎn)觀察的微粒,安排學(xué)生計(jì)時(shí),在同一視野每隔30s抓取一幅這個(gè)微粒的畫面,共抓取三個(gè)畫面(還可以更多些),在同一視野所抓拍的不同畫面中,從小微粒的中心向畫面的邊框連線,軟件可以自動(dòng)測(cè)量出連線的長(zhǎng)度,通過(guò)對(duì)比就會(huì)發(fā)現(xiàn)每幅畫面中上述距離都不相同。由于畫面的大小是不變的,從而進(jìn)一步說(shuō)明了小微粒的運(yùn)動(dòng)也是無(wú)規(guī)則的。
。7)把載玻片從顯微鏡上取下,用酒精燈給載玻片加熱30s~40s,再把載玻片放回到顯微鏡上?梢杂^察到廣告顏料微粒的不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)明顯變快了,說(shuō)明水溫越高,微粒運(yùn)動(dòng)越劇烈。
。8)手握瓜葉菊花,將花粉輕輕地抖落到少量蒸餾水中,用手搖動(dòng)裝有蒸餾水的小燒杯。用滴管吸少量溶液,滴在載玻片上,調(diào)節(jié)顯微鏡的方法如步驟(3),學(xué)生可以通過(guò)投影清晰地觀察到花粉團(tuán)和微粒(瓜葉菊花的花粉微粒是圓球形的),但花粉微粒是靜止的。利用圖像軟件測(cè)量其直徑就會(huì)發(fā)現(xiàn),瓜葉菊花粉直徑為30μm左右,與碳素鋼筆水和廣告顏料微粒的直徑進(jìn)行對(duì)比,即可說(shuō)明微粒越小,無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈。
3對(duì)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充說(shuō)明
選用碳素鋼筆水和廣告顏料色來(lái)完成上述實(shí)驗(yàn)的效果很好,但它們不是花粉。為了避免學(xué)生產(chǎn)生誤解,教師需要給學(xué)生說(shuō)明一下:布朗當(dāng)年確實(shí)是在觀察花粉時(shí),看到了液面上微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),但只有花粉微粒小到一定程度時(shí)才能出現(xiàn)上述現(xiàn)象,不是隨便選一種花粉就可以的。另外,他還選擇了大量其他物質(zhì)的粉末(如雕塑上面的粉末)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最終才得到了結(jié)論。
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