人教版(2019)高中物理選修性必修第三冊教案：1.2實驗：用油膜法估測油酸分子的大小教案

1、實驗：用油膜法估測油酸分子的大小【教學目標】知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。通過測量分子的直徑和質(zhì)量，教給學生研究物理問題的方法。運用理想化方法，建立物質(zhì)分子是球形體的模型。培養(yǎng)學生在物理學中的估算能力。體會通過測量宏觀量來研究微觀量的思想方法?！窘虒W重難點】用油膜法估測分子的大小?！窘虒W過程】一、新課導入分子十分微小。以水為例，一個直徑為10-3mm左右的水珠，它的大小與細菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍！思考：通過什么途徑可以知道分子的大小呢？問題1：曹沖怎么稱象？化整為零出示一堆綠豆。問題2：怎樣估測綠豆的直徑？化零為整學生思

2、考發(fā)言，教師總結(jié)方法。方法一：將綠豆排成一行，測出總長，數(shù)出個數(shù)。則d=“n方法二：測出總體積，數(shù)出個數(shù)。則匕=匕，再由球體體積公式計算出直徑。0n方法三：量出單層鋪開的面積，測出總體積。則d=tS繼續(xù)發(fā)問：問題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算分子的直徑呢？有什么困難？同學們思考并發(fā)言，師生一起總結(jié)測算的方法。二新課教學（一）實驗思路為了估測油酸分子的大小，我們把1滴油酸滴在水面上，水面上會形成一層油膜。盡管油酸分子有著復雜的結(jié)構(gòu)和形狀，分子間也存在著間隙，但在估測其大小時，可以把它簡化為球形處理，并認為它們緊密排布。

3、測出油膜的厚度d,它就相當于分子的直徑。教師提醒：為了使油酸充分展開，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）實驗器材用酒精稀釋過的油酸、滴管、痱子粉、淺盤及水、玻璃板、彩筆、量筒、坐標紙。教師講解一下實驗步驟，學生進行分組實驗。（三）實驗步驟配制油酸酒精溶液，取ImL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液。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）時的滴數(shù)，算出一滴油酸酒精溶液的體積。實驗時先向邊長為3040cm的淺盤

4、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，形成一塊薄膜。待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，然后將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上。將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S。求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位。數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個。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:實驗次數(shù)量筒內(nèi)增加1mL溶液時

5、的滴數(shù)一滴純油酸的體積V輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積S分子的直徑（m）平均值12實驗完成后，各組對實驗過程及實驗結(jié)果做匯報，成功的小組分享成功的經(jīng)驗，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)實驗的注意事項。（五）注意事項油酸酒精溶液的濃度應小于0.1%。痱子粉的用量不要太多，否則不易成功。測1滴油酸酒精溶液的體積時，滴入量筒中的油酸酒精溶液的體積應為整毫升數(shù)，應多滴幾滴，數(shù)出對應的毫升數(shù)，這樣求平均值時誤差較小。淺盤里水離盤口面的距離應小些，并要水平放置，以便準確地畫出油膜的形狀，畫線時視線應與板面垂直。要待油膜形狀穩(wěn)定后，再畫輪廓。利用坐標紙求油膜面積時，以邊長1cm的正方形為單位，計

6、算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，大于半個的算一個。做完實驗后，把水從盤的一側(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，以保持盤的清潔。各小組根據(jù)實驗注意事項再次進行實驗。師生在實驗過后一起分析誤差來源。（六）誤差分析用油膜法估測分子的直徑，通常可以測得比較準，實驗誤差通常來自三個方面：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。油滴的體積V用累積法測油滴的體積。先測出1mL的油酸酒精溶液的滴數(shù)，從而計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。油膜的面積S用坐標紙測出形狀

7、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)，計算方格數(shù)時，不足半格的舍去，多于半格的算一個，方格邊長的單位越小，這種方法求出的面積越精確。根據(jù)本次實驗，師生一起對實驗進行反思，如何可以對實驗進行改進。（七）實驗改進在做本實驗時，把痱子粉均勻撒在水面上是很關(guān)鍵的一步。在實際操作時常撒的不均勻或撒得過多，因痱子粉不溶于水又不能攪拌，只好重做。可用印刷碳粉代替痱子粉，因為印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上，若撒得太多，可將水和碳粉一起倒出，然后用玻璃棒攪拌，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?！揪毩曥柟獭?.(1)如圖所示的四幅圖反映“用油膜法估測分子的大小”實驗中的四

8、個步驟,將它們按正確操作順序排列應是(用符號表示)。(2)用“油膜法”來粗略估測分子的大小，利用了一些科學的近似處理，這些處理有:答案：(1)dacb(2)把在水面上盡可能擴散開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，認為油酸分子是一個挨一個排列的。在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，某同學的操作步驟如下：取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；在盛水淺盤內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定；在盛水淺盤上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積。改正其中的錯誤：O答案：在量筒中滴入N滴溶液；

9、在水面上先撒上痱子粉在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，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內(nèi)，待油膜充分展開后，測得油膜的面積為Scm2，貝V：估算出油酸分子的直徑大小是cm。用油膜法測出油酸分子的直徑后，要測定阿伏加德羅常數(shù)，還需要知道油酸的。C.質(zhì)量D.體積A.摩爾質(zhì)量B.摩爾體積答案：(1)a/bSn(2)B4.在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，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，還有一個盛有約2cm深水的淺盤，一支滴管，一個量筒。請補充下述實驗步驟：(1)(需測量的物理

10、量用字母表示)(2)用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤，等油酸薄膜穩(wěn)定后，將薄膜輪廓描繪在坐標紙上，如圖所示，則油膜面積為(已知坐標紙上每個小方格面積為S，求油膜面積時，半個以上方格面積記為S,不足半個舍去)。(3)估算油酸分子直徑的表達式為d=(用測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VTOC o 1-5 h z115S)nV115NS(m+n)5.“用油膜法估測分子的大小”實驗的方法及步驟如下：向體積V=1mL的油酸中加入酒精，直至總量達到V=500mL；油總用注射器吸取中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當?shù)稳雗=100滴時，測得其體積恰好是V=1mL；先往邊長為3040cm的淺盤里倒入2cm深的水，然后將均勻地撒在水面上；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，將事先準備好的玻璃板放在淺盤