實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小

【教學(xué)目標(biāo)】

1．知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。通過(guò)測(cè)量分子的直徑和質(zhì)量，教給學(xué)

生研究物理問(wèn)題的方法。運(yùn)用理想化方法，建立物質(zhì)分子是球形體的模型。

2．培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)中的估算能力。

3．體會(huì)通過(guò)測(cè)量宏觀量來(lái)研究微觀量的思想方法。

【教學(xué)重難點(diǎn)】

用油膜法估測(cè)分子的大小。

【教學(xué)過(guò)程】

一、新課導(dǎo)入

分子十分微小。以水為例，一個(gè)直徑為10-3mm左右的水珠，它的大小與細(xì)菌差不

多，用肉眼無(wú)法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個(gè)數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多

上好幾倍！

思考：通過(guò)什么途徑可以知道分子的大小呢？

問(wèn)題1：曹沖怎么稱(chēng)象？

化整為零

出示一堆綠豆。

問(wèn)題2：怎樣估測(cè)綠豆的直徑？

化零為整

學(xué)生思考發(fā)言，教師總結(jié)方法。

方法一：將綠豆排成一行，測(cè)出總長(zhǎng)，數(shù)出個(gè)數(shù)。則

?

方法二：測(cè)出總體積，數(shù)出個(gè)數(shù)。則，再由球體體積公式計(jì)算出直徑。

?=?

?

方法三：量出單層鋪開(kāi)的面積，測(cè)出總0體積。則

?=?

?

繼續(xù)發(fā)問(wèn)：?jiǎn)栴}3：怎么估算鞋底的大??？?=?

教師展示方格紙，將鞋底印在方格紙上，數(shù)出格數(shù)即可得知鞋底的大小。

能否用同樣的方法測(cè)算分子的直徑呢？有什么困難？

同學(xué)們思考并發(fā)言，師生一起總結(jié)測(cè)算的方法。

二、新課教學(xué)

（一）實(shí)驗(yàn)思路

為了估測(cè)油酸分子的大小，我們把1滴油酸滴在水面上，水面上會(huì)形成一層油膜。

盡管油酸分子有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和形狀，分子間也存在著間隙，但在估測(cè)其大小時(shí)，

可以把它簡(jiǎn)化為球形處理，并認(rèn)為它們緊密排布。測(cè)出油膜的厚度d，它就相當(dāng)于分子

的直徑。

教師提醒：為了使油酸充分展開(kāi)，獲得一塊單分子油膜，我們需要將油酸在酒精中

稀釋后再滴入水中。這樣的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精將溶于水并很快揮發(fā)，

從而獲得純油酸形成的油膜。

（二）實(shí)驗(yàn)器材

用酒精稀釋過(guò)的油酸、滴管、痱子粉、淺盤(pán)及水、玻璃板、彩筆、量筒、坐標(biāo)紙。

教師講解一下實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

（三）實(shí)驗(yàn)步驟

1．配制油酸酒精溶液，取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液。

2．用滴管或注射器將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量

筒內(nèi)增加一定體積（例如1mL）時(shí)的滴數(shù)，算出一滴油酸酒精溶液的體積。

3．實(shí)驗(yàn)時(shí)先向邊長(zhǎng)為30～40cm的淺盤(pán)里倒入約2cm深的水，然后將痱子粉或石

膏粉均勻地撒在水面上用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面上散開(kāi)，

形成一塊薄膜。

4．待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤(pán)上，然后將油酸膜的形狀用彩筆

畫(huà)在玻璃板上。

5．將畫(huà)有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S。求面積時(shí)

以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位。數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，

多于半個(gè)的算一個(gè)。

6．根據(jù)配制的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。根據(jù)一滴

純油酸的體積V和薄膜的面積S即可算出油酸薄膜的厚度d＝V/S，即油酸分子的大小。

（四）數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格：

實(shí)驗(yàn)量筒內(nèi)增加1mL一滴純油酸輪廓內(nèi)的輪廓面積分子的直徑

平均值

次數(shù)溶液時(shí)的滴數(shù)的體積V小格子數(shù)S（m）

1

2

實(shí)驗(yàn)完成后，各組對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果做匯報(bào)，成功的小組分享成功的經(jīng)驗(yàn)，失

敗的小組分析失敗的原因。

教師根據(jù)各小組的分享總結(jié)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。

（五）注意事項(xiàng)

1．油酸酒精溶液的濃度應(yīng)小于0.1%。

2．痱子粉的用量不要太多，否則不易成功。

3．測(cè)1滴油酸酒精溶液的體積時(shí)，滴入量筒中的油酸酒精溶液的體積應(yīng)為整毫升

數(shù)，應(yīng)多滴幾滴，數(shù)出對(duì)應(yīng)的毫升數(shù)，這樣求平均值時(shí)誤差較小。

4．淺盤(pán)里水離盤(pán)口面的距離應(yīng)小些，并要水平放置，以便準(zhǔn)確地畫(huà)出油膜的形狀，

畫(huà)線時(shí)視線應(yīng)與板面垂直。

5．要待油膜形狀穩(wěn)定后，再畫(huà)輪廓。

6．利用坐標(biāo)紙求油膜面積時(shí)，以邊長(zhǎng)1cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的

個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，大于半個(gè)的算一個(gè)。

7．做完實(shí)驗(yàn)后，把水從盤(pán)的一側(cè)邊緣倒出，并用少量酒精清洗，然后用脫脂棉擦

去，最后用水沖洗，以保持盤(pán)的清潔。

各小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

師生在實(shí)驗(yàn)過(guò)后一起分析誤差來(lái)源。

（六）誤差分析

用油膜法估測(cè)分子的直徑，通常可以測(cè)得比較準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)誤差通常來(lái)自三個(gè)方面：

1．形成單分子油膜

只有形成單分子油膜，才能用油膜的厚度代表分子的直徑，即d＝V/S。要求使用

的酒精的濃度、痱子粉的用量適宜。

2．油滴的體積V

用累積法測(cè)油滴的體積。先測(cè)出1mL的油酸酒精溶液的滴數(shù)，從而計(jì)算出一滴油

酸酒精溶液的體積，再由油酸酒精溶液的濃度算出純油酸的體積。

3．油膜的面積S

用坐標(biāo)紙測(cè)出形狀不規(guī)則油膜的面積。數(shù)出不規(guī)則圖形的輪廓包圍的方格數(shù)，計(jì)算

方格數(shù)時(shí)，不足半格的舍去，多于半格的算一個(gè)，方格邊長(zhǎng)的單位越小，這種方法求出

的面積越精確。

根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)，師生一起對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反思，如何可以對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

（七）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，把痱子粉均勻撒在水面上是很關(guān)鍵的一步。在實(shí)際操作時(shí)常撒的不

均勻或撒得過(guò)多，因痱子粉不溶于水又不能攪拌，只好重做?？捎糜∷⑻挤鄞骛蜃臃?，

因?yàn)橛∷⑻挤鄄蝗苡谒移≡谒嫔?，若撒得太多，可將水和碳粉一起倒出，然后?/p>

玻璃棒攪拌，直至碳粉在水面薄且均勻，若撒得不均勻，可直接用玻璃棒攪拌均勻。

【練習(xí)鞏固】

1．（1）如圖所示的四幅圖反映“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中的四個(gè)步驟，

將它們按正確操作順序排列應(yīng)是________(用符號(hào)表示)。

（2）用“油膜法”來(lái)粗略估測(cè)分子的大小，利用了一些科學(xué)的近似處理，這些處

理有：

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________。

答案：（1）dacb

（2）把在水面上盡可能擴(kuò)散開(kāi)的油膜視為單分子油膜，把形成油膜的分子看成緊

密排列的球形分子，認(rèn)為油酸分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的。

2．在“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的操作步驟如下：

①取一定量的無(wú)水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；

②在量筒中滴入一滴該溶液，測(cè)出它的體積；

③在盛水淺盤(pán)內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開(kāi)穩(wěn)定；

④在盛水淺盤(pán)上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測(cè)量油膜的面積。

改正其中的錯(cuò)誤：______________________________________________________

_______________________________________________________________________。

答案：②在量筒中滴入N滴溶液；③在水面上先撒上痱子粉

3．在“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，用amL的純油酸配制成bmL的油酸

酒精溶液，再用滴管取1mL油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共n滴?，F(xiàn)在讓其中一滴

落到盛水的淺盤(pán)內(nèi)，待油膜充分展開(kāi)后，測(cè)得油膜的面積為Scm2，則：

（1）估算出油酸分子的直徑大小是________cm。

（2）用油膜法測(cè)出油酸分子的直徑后，要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)，還需要知道油酸

的________。

A．摩爾質(zhì)量B．摩爾體積C．質(zhì)量D．體積

答案：（1）a/bSn（2）B

4．在“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有油酸和酒精按體積比為n∶m配

制好的油酸酒精溶液置于容器中，還有一個(gè)盛有約2cm深水的淺盤(pán)，一支滴管，一個(gè)

量筒。

請(qǐng)補(bǔ)充下述實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）___________________________________________________________________。

（需測(cè)量的物理量用字母表示）

（2）用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤(pán)，等油酸薄膜穩(wěn)定后，將薄膜輪廓描繪

在坐標(biāo)紙上，如圖所示，則油膜面積為_(kāi)_______（已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小方格面積為S，

求油膜面積時(shí)，半個(gè)以上方格面積記為S，不足半個(gè)舍去）。

（3）估算油酸分子直徑的表達(dá)式為d＝________（用測(cè)量量及已知量字母表示）。

答案：（1）用滴管向量筒內(nèi)加注N滴油酸酒精溶液，讀出其體積V

（2）115S

（）

3（＋）

nV

5．“用11油5N膜S法m估n測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)的方法及步驟如下：

①向體積V油＝1mL的油酸中加入酒精，直至總量達(dá)到V總＝500mL；

②用注射器吸?、僦信渲坪玫挠退峋凭芤海阉坏我坏蔚氐稳胄×客仓?，當(dāng)?shù)?/p>

入n＝100滴時(shí)，測(cè)得其體積恰好是V0＝1mL；

③先往邊長(zhǎng)為30～40cm的淺盤(pán)里倒入2cm深的水，然后將__________均勻地撒在

水面上；

④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后