人教版高中物理選擇性必修三 第1章第2節(jié) 實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小

1、人教版物理選擇性必修3第1章第2節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)課題 實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小單元1學(xué)科物理年級(jí)高二學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念：理解分子模型，知道分子直徑的數(shù)量級(jí)?？茖W(xué)思維：學(xué)會(huì)用油膜法估測(cè)分子大小?？茖W(xué)探究：能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，掌握“互補(bǔ)法”計(jì)算油膜面積?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)會(huì)堅(jiān)持實(shí)事求是的態(tài)度，用實(shí)驗(yàn)方法探究問(wèn)題，培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣。重點(diǎn)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的原理難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課閱讀課文,回答以下問(wèn)題:1、這里所說(shuō)的分子與化學(xué)中所說(shuō)的分子有何不同? 2、怎樣才能觀察到分子的排布? 3、怎樣才能知道分子的大小呢? 4、如何求解分子直徑呢？

2、 閱讀課本 引入新課內(nèi)容，類比求乒乓球直徑的方法。講授新課為了估測(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，油膜是由單層油酸分子(C17H33COOH )中的烴基C17H33-組成的。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(如圖)。測(cè)出油膜的得度d,它就相當(dāng)于分子的直徑。思考1：如何形成單分子油膜？實(shí)驗(yàn)中，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。思考2：如何用配制好的油酸酒

3、精溶液計(jì)算出油酸滴的體積V？ 如圖A所示，用注射器或滴管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1 mL)時(shí)的滴數(shù)計(jì)算出每滴液滴體積的平均值。思考3：如何測(cè)量水面上漂浮的油膜的表面積？如左圖所示 ，用滴管將一滴油酸溶液輕輕滴入水面中央，待油膜形狀穩(wěn)定后，在淺盤上蓋上塑料蓋板，用彩筆描出油膜的邊緣輪廓，如右圖所示。將畫有油酸薄膜輪廓的塑料板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積S。思考4：請(qǐng)結(jié)合教材內(nèi)容總結(jié)實(shí)驗(yàn)步驟。數(shù)滴：配制溶液（稀釋）后、精測(cè)一滴液體體積，用注射器或滴管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1 mL)時(shí)的滴數(shù)

4、計(jì)算出每滴液滴體積的平均值。撒粉：水盤取水，撒痱子粉滴油：滴一滴溶液形成單層表面薄膜劃線：描油膜形狀數(shù)格：數(shù)格數(shù)，計(jì)算油膜面積計(jì)算：求分子直徑請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)。思考5：請(qǐng)結(jié)合本小組的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，思考本實(shí)驗(yàn)有哪些注意事項(xiàng)？（1）油酸酒精溶液不宜長(zhǎng)時(shí)間放置；確保容器器壁潔凈。（2）量取1mL油酸酒精溶液后計(jì)量滴數(shù)時(shí)應(yīng)盡量使每滴大小相同。（3）往水面上撒痱子粉要適量、均勻。（4）滴油時(shí)針頭離水面1cm左右；不要一下滴得太多，使油膜的面積過(guò)大。（5）油膜穩(wěn)定后再描線，視線應(yīng)與油膜垂直。（6）利用坐標(biāo)紙求油膜面積時(shí)，以邊長(zhǎng)為1 cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)時(shí)，大于半個(gè)的均算一個(gè)。

5、思考6：請(qǐng)結(jié)合本小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，思考本實(shí)驗(yàn)的誤差原因都有哪些？（1）形成的油膜不是單分子油膜讓油膜盡可能散開(kāi)，等收縮到穩(wěn)定狀態(tài)再進(jìn)行測(cè)量。要求使用的酒精的濃度、痱子粉的用量適宜等。（2）純油酸體積的計(jì)算誤差要用累積法測(cè)油滴的體積。先測(cè)出1mL的酒精油酸溶液的滴數(shù)，從而計(jì)算出一滴酒精油酸溶液的體積。再由油酸的濃度算出油酸的體積。（3）油膜的面積S測(cè)算產(chǎn)生的誤差油膜形狀畫線誤差：用淺盤使玻璃盡量靠近液面，畫線盡量和油膜邊緣對(duì)應(yīng)。數(shù)格子法，帶來(lái)的誤差用坐標(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，用這種方法求出

6、的面積越精確。課堂練習(xí)1：將1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液已知1cm3溶液有50滴，一滴滴到水面上，酒精溶于水，油酸形成一單分子層，其面積為0.2 m2. 由此可知油酸分子大約為多少？ 解：一滴油酸酒精溶液含油酸體積： 油酸分子直徑約為：了解油酸分子油膜的特性。學(xué)生閱讀課本，思考討論如何若獲得單分子油膜。思考討論，怎樣測(cè)量才能減小誤差。討論計(jì)算油膜面積的可靠方法，并討論如何若減小誤差。學(xué)生結(jié)合前面的思考問(wèn)題總結(jié)實(shí)驗(yàn)步驟，并根據(jù)組內(nèi)討論的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并總結(jié)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。學(xué)生通過(guò)注意事項(xiàng)梳理自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。思考產(chǎn)生誤差的原因。加強(qiáng)對(duì)前面的知識(shí)點(diǎn)的理解。為接下來(lái)

7、講解油膜法求解分子直徑的做鋪墊。讓學(xué)生掌握獲得單分子油膜的方法。掌握減小誤差的常見(jiàn)方法，讓學(xué)生形成用物理思維解決問(wèn)題的方式。讓學(xué)生掌握互補(bǔ)法計(jì)算油膜面積的方法，不足一格的不計(jì)算，超過(guò)半格的記為一格。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中總結(jié)實(shí)驗(yàn)需要注意的事項(xiàng)，提升學(xué)生科學(xué)探究的能力。提高學(xué)生的反思能力，幫助學(xué)生形成堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?？煞址治鰧?shí)驗(yàn)，提高科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。提高學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析能力，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。拓展提高d水油酸分子小球模型：在計(jì)算固體和液體分子大小時(shí)，可把分子看成是一小球，小球緊密排列在一起（忽略小球間的空隙）則： 立方體模型：在計(jì)算氣體分子大小時(shí)，把每個(gè)分子和其占有的空間

8、當(dāng)作一個(gè)小立方體，氣體分子位于每個(gè)立方體的中心，這個(gè)小立方體的邊長(zhǎng)等于分子間的平均距離。ddd課堂練習(xí)2：已知水的摩爾體積是1.810-5 m3/mol，每個(gè)水分子的直徑是410-10m ，設(shè)想水分子是一個(gè)挨一個(gè)排列的，求1 mol水中所含的水分子數(shù)。 解：一個(gè)分子的體積：1 mol水中所含的水分子數(shù)：6.01023 mol-1課堂練習(xí)3：在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，油酸酒精溶液的濃度為每104 mL溶液中有純油酸6 mL，用注射器測(cè)得1 mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其

9、形狀如圖所示，坐標(biāo)紙中正方形小方格的邊長(zhǎng)為20 mm，則：(1)油膜的面積是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是多少？解：(1)油膜輪廓包圍的方格數(shù)約58個(gè)，則油酸膜的面積S58(20103)2m22.32102m2.(2)每滴溶液中含純油酸的體積Veq f(1,50)eq f(6,104) mL1.2105mL1.21011m3(3)油酸分子的直徑deq f(V,S)5.21010m.課堂練習(xí)4：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小，實(shí)驗(yàn)器材有：濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、最小刻度0.1 mL的量筒、盛有適量清水的4550

10、cm2淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙(1)下面是實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)?zhí)顚懰钡牟襟EC.A用滴管將濃度為0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下滴入1 mL油酸酒精溶液時(shí)的滴數(shù)NB將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)水面上，用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液，從低處向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足夠大的面積又不與器壁接觸為止，記下滴入的滴數(shù)nC_D將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，算出油酸薄膜的面積S cm2(2)用已給的和測(cè)得的物理量表示單個(gè)油膜分子的直徑大小_(單位：cm)解：(1)由步驟D即可提示出，步驟C應(yīng)該是：將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃