一種模擬演示布朗運動的新方法

張宇 王梅榮

摘要：巧用音箱喇叭在交流電作用下帶動黃豆及玻璃球振動模擬布朗運動的現象

關鍵詞：模擬；布朗運動

在高中物理熱學部分，通過觀察布朗運動的現象可以證實分子在做無規則的熱運動。但是布朗運動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動，無法看到液體分子的運動。另外，這樣觀察在短時間內也很難發現規律。因此，很有必要通過實驗模擬液體或氣體分子無規則地撞擊懸浮微粒而引起的布朗運動，從而使學生能夠獲得很深的感性認識，進而清楚布朗運動產生的原因及其特點。下面介紹一種通過實驗模擬演示布朗運動的新方法。

1.實驗儀器：

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

2.實驗原理：

電路如圖（1）所示。當給音箱喇叭通以4—6V交流電時，音箱喇叭開始振動，玻璃罩內的黃豆及玻璃球一起振動，同時黃豆與玻璃球發生無規則碰撞。以黃豆代表液體分子，玻璃球代表懸浮微粒，從而模擬布朗運動。

3.實驗操作步驟：

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

⑵按實驗電路圖連接電路，使滑動變阻器接入電路阻值最大，學生電源接交流輸出（4—6V檔）。

⑶打開電源開關，來回調節滑動變阻器阻值，注意觀察實驗現象。

4、實驗現象及模擬說明的問題：

⑴實驗現象：接通電源后，開始時黃豆及大小玻璃球運動較慢，隨著滑動變阻器阻值減小，電路中電流增大，黃豆和大小玻璃球的運動越來越激烈并且無規則的碰撞著；對比來看，小玻璃球的運動較大玻璃球的運動更加激烈。

⑵實驗模擬說明的問題：黃豆及玻璃球的無規則運動分別模擬液體分子和懸浮微粒的無規則運動。電阻減小，電流增大，黃豆和大小玻璃球的運動越來越激烈的現象，模擬隨溫度升高分子運動越激烈，布朗運動越明顯的現象。小玻璃球相比較大玻璃球運動激烈能夠模擬說明懸浮微粒越小布朗運動越明顯。

總而言之，通過這種方法模擬布朗運動，實際上是把肉眼看不見的液體分子的運動和較難看見的懸浮微粒的運動給宏觀化了。這樣做不但操作簡單，效果明顯，而且很說明問題，對學生理解布朗運動會起到事半功倍的效果。

參考文獻

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

[2]張季. 一種布朗運動的模擬演示系統及演示方法[P]. 安徽省：CN109326183A，2019-02-12.