一种模拟演示布朗运动的新方法

2019-09-10张宇王梅荣

大众科学·下旬 2019年3期

张宇王梅荣

摘要：巧用音箱喇叭在交流电作用下带动黄豆及玻璃球振动模拟布朗运动的现象

关键词：模拟；布朗运动

在高中物理热学部分，通过观察布朗运动的现象可以证实分子在做无规则的热运动。但是布朗运动要借助于显微镜才能被肉眼所观察到，而且看到的也只是懸浮微粒的运动，无法看到液体分子的运动。另外，这样观察在短时间内也很难发现规律。因此，很有必要通过实验模拟液体或气体分子无规则地撞击悬浮微粒而引起的布朗运动，从而使学生能够获得很深的感性认识，进而清楚布朗运动产生的原因及其特点。下面介绍一种通过实验模拟演示布朗运动的新方法。

1.实验仪器：

音箱喇叭一只（8Ώ，150W），自制透明有机玻璃罩，滑动变阻器（50 Ώ，1·5A），学生电源，导线若干，黄豆（40—50粒），玻璃球大小各两个（直径分别为1cm和1·5cm）

2.实验原理：

电路如图（1）所示。当给音箱喇叭通以4—6V交流电时，音箱喇叭开始振动，玻璃罩内的黄豆及玻璃球一起振动，同时黄豆与玻璃球发生无规则碰撞。以黄豆代表液体分子，玻璃球代表悬浮微粒，从而模拟布朗运动。

3.实验操作步骤：

⑴在喇叭上面放上40—50粒黄豆、两个小玻璃球和两个大一些的玻璃球，盖上有机玻璃罩，如图（2）所示。

⑵按实验电路图连接电路，使滑动变阻器接入电路阻值最大，学生电源接交流输出（4—6V档）。

⑶打开电源开关，来回调节滑动变阻器阻值，注意观察实验现象。

4、实验现象及模拟说明的问题：

⑴实验现象：接通电源后，开始时黄豆及大小玻璃球运动较慢，随着滑动变阻器阻值减小，电路中电流增大，黄豆和大小玻璃球的运动越来越激烈并且无规则的碰撞着；对比来看，小玻璃球的运动较大玻璃球的运动更加激烈。

⑵实验模拟说明的问题：黄豆及玻璃球的无规则运动分别模拟液体分子和悬浮微粒的无规则运动。电阻减小，电流增大，黄豆和大小玻璃球的运动越来越激烈的现象，模拟随温度升高分子运动越激烈，布朗运动越明显的现象。小玻璃球相比较大玻璃球运动激烈能够模拟说明悬浮微粒越小布朗运动越明显。

总而言之，通过这种方法模拟布朗运动，实际上是把肉眼看不见的液体分子的运动和较难看见的悬浮微粒的运动给宏观化了。这样做不但操作简单，效果明显，而且很说明问题，对学生理解布朗运动会起到事半功倍的效果。