Лещинский Ю.Д. О работе «Наблюдение броуновского движения»

Практическая работа «Наблюдение броуновского движения» является одной из самых важных в завершающем физпрактикуме X класса, делая учащихся соучастниками одного из фундаментальных физических наблюдений. Однако в традиционном варианте ее проведения она носит чисто качественный характер, что, кстати, затрудняет оценку учителем качества ее выполнения.

Предлагаем усилить исследовательское направление в проведении данной работы. Выполняя ее по излагаемой ниже методике, ученик может не только наблюдать сам факт броуновского движения, но и убедиться в том; что оно возможно лишь для частиц с размерами, не более некоторых максимальных, а также оценить порядок этого размера.

Среди многочисленных испробованных нами препаратов для проведения этой работы мы отдали предпочтение взвеси воднополимерной люминесцентной краски любого цвета (выпускается и продается в наборах «Огонек»), так как во взвеси присутствуют частицы неправильной формы самых разных размеров. Среди них наиболее крупные (около десятка и более микрометров) зацепляются за предметное и покровное стекла и остаются неподвижными даже при неизбежных «течениях», вызванных наклоном плоскости препарата, особенно в начальный период – эффект, о котором следует особо предупредить учащихся, склонных принимать это движение за броуновское.

Объектом наблюдения служат самые малые частицы краски, видимые как черные неокрашенные точки, весьма медленно изменяющие свои положения относительно цветных неподвижных «глыб».

Для оценки размеров броуновских частиц мы предлагаем исполнителям наложить на препарат школьную дифракционную решетку (100 штрихов на 1 мм) и, несколько раз перестраивая плоскость наблюдения с препарата на решетку, оценить порядок поперечника броуновской частицы, сравнивая его с расстоянием между соседними штрихами (0,01 мм или 10 мкм). Учащиеся определяют, что поперечник частиц, ведущих себя как броуновские, примерно в 10-20 раз меньше этого расстояния и имеет порядок 10^–6 м. В качестве контрольного вопроса предлагаем исполнителям оценить порядок значения массы наблюдаемых частиц, считая их плотность близкой к плотности воды.

Важно обратить внимание обучаемых и на поведение частиц с размерами порядка нескольких микрометров, у которых при неправильной «оскольчатой» форме хорошо заметны дрожание и некоторый поворот, также связанные с действиями на них не видимых глазу молекул.

Дополнительной ценностью данной формы проведения работы является предварительное знакомство с устройством дифракционной решетки, что, вне сомнения, важно для изучения этого прибора в выпускном XI классе.