运用数码显微镜演示布朗运动现象和相关规律

1实验器材
　　
　　数码显微镜、电脑、投影大屏幕及其配套图像处理软件、鸵鸟牌碳素钢笔水、广告画颜料、瓜叶菊花粉、载波片、盖玻片、蒸馏水、玻璃棒、小烧杯、滴管。
　　
　　实验器材说明：笔者选用的是清大德仁牌ChindeDME32G数码生物显微镜（正置式）。此显微镜自带的80万像素摄像头，可以拍摄通过显微镜目镜观察到的图像并将图像输入电脑，通过进一步放大后投影到大屏幕上展示出来。与显微镜配套的是Optieye图像处理软件。
　　
　　2实验步骤及实验现象
　　
　　（1）把数码显微镜连接到电脑上，打开Optieye图像处理软件。
　　
　　（2）在室温下用小烧杯量取40mL的蒸馏水。
　　
　　（3）用滴管吸少量碳素钢笔水，滴3滴在蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀。用另一支滴管吸少量溶液，把溶液滴到载玻片上，盖好盖玻片，把载玻片放到数码显微镜载物台上，采用10倍的目镜和40倍的物镜时即可观察到碳素钢笔水微粒的不停息的无规则运动。将视野中观察到的图像转录到计算机屏幕和投影上，学生就可以观察了。
　　
　　（4）用Optieye图像处理软件的抓图功能，抓取出一幅画面，选择画面中重点观察过的小微粒，用软件的测量功能，对画面中的小微粒按照微粒的长度画一条线，软件将自动显示微粒的长度，可以用这种测量方法多测几个点。笔者实验时测出小的微粒的直径约为07μm，略大一些的微粒的直径约为127μm。
　　
　　（5）用另外一个小烧杯量取40mＬ的蒸馏水，用小刀刮取蚕豆粒大小的广告画颜料，放入蒸馏水中，用玻璃棒搅拌均匀。在载玻片上滴该溶液，调节显微镜的方法如步骤3，学生可以通过投影观察到广告颜料微粒的不停息的无规则运动，但其运动程度明显低于碳素钢笔水的微粒。
　　
　　（6）重复上述步骤4的抓图及测量工作，测出广告颜料微粒的大小约为4μm。为了说明微粒是做无规则运动的，笔者选择一个重点观察的微粒，安排学生计时，在同一视野每隔30s抓取一幅这个微粒的画面，共抓取三个画面（还可以更多些），在同一视野所抓拍的不同画面中，从小微粒的中心向画面的边框连线，软件可以自动测量出连线的长度，通过对比就会发现每幅画面中上述距离都不相同。由于画面的大小是不变的，从而进一步说明了小微粒的运动也是无规则的。
　　
　　（7）把载玻片从显微镜上取下，用酒精灯给载玻片加热30s～40s，再把载玻片放回到显微镜上。可以观察到广告颜料微粒的不停息的无规则运动明显变快了，说明水温越高，微粒运动越剧烈。
　　
　　（8）手握瓜叶菊花，将花粉轻轻地抖落到少量蒸馏水中，用手摇动装有蒸馏水的小烧杯。用滴管吸少量溶液，滴在载玻片上，调节显微镜的方法如步骤（3），学生可以通过投影清晰地观察到花粉团和微粒（瓜叶菊花的花粉微粒是圆球形的），但花粉微粒是静止的。利用图像软件测量其直径就会发现，瓜叶菊花粉直径为30μm左右，与碳素钢笔水和广告颜料微粒的直径进行对比，即可说明微粒越小，无规则运动越剧烈。
　　
　　3对实验的补充说明
　　
　　选用碳素钢笔水和广告颜料色来完成上述实验的效果很好，但它们不是花粉。为了避免学生产生误解，教师需要给学生说明一下：布朗当年确实是在观察花粉时，看到了液面上微粒的无规则运动，但只有花粉微粒小到一定程度时才能出现上述现象，不是随便选一种花粉就可以的。另外，他还选择了大量其他物质的粉末（如雕塑上面的粉末）进行实验，最终才得到了结论。