人教版高中物理选择性必修三 第1章第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小

1、人教版物理选择性必修3第1章第2节教学设计课题 实验：用油膜法估测油酸分子的大小单元1学科物理年级高二学习目标物理观念：理解分子模型，知道分子直径的数量级。科学思维：学会用油膜法估测分子大小。科学探究：能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。科学态度与责任：学会坚持实事求是的态度，用实验方法探究问题，培养探索科学的兴趣。重点用油膜法估测油酸分子的大小的原理难点实验操作、数据处理教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课阅读课文,回答以下问题:1、这里所说的分子与化学中所说的分子有何不同? 2、怎样才能观察到分子的排布? 3、怎样才能知道分子的大小呢? 4、如何求解分子直径呢？

2、 阅读课本 引入新课内容，类比求乒乓球直径的方法。讲授新课为了估测油酸分子的大小，我们把1滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子(C17H33COOH )中的烃基C17H33-组成的。尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化为球形处理,并认为它们紧密排布(如图)。测出油膜的得度d,它就相当于分子的直径。思考1：如何形成单分子油膜？实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,从而获得纯油酸形成的油膜。思考2：如何用配制好的油酸酒

3、精溶液计算出油酸滴的体积V？ 如图A所示，用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数计算出每滴液滴体积的平均值。思考3：如何测量水面上漂浮的油膜的表面积？如左图所示 ，用滴管将一滴油酸溶液轻轻滴入水面中央，待油膜形状稳定后，在浅盘上盖上塑料盖板，用彩笔描出油膜的边缘轮廓，如右图所示。将画有油酸薄膜轮廓的塑料板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S。思考4：请结合教材内容总结实验步骤。数滴：配制溶液（稀释）后、精测一滴液体体积，用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数

4、计算出每滴液滴体积的平均值。撒粉：水盘取水，撒痱子粉滴油：滴一滴溶液形成单层表面薄膜划线：描油膜形状数格：数格数，计算油膜面积计算：求分子直径请同学们根据实验步骤完成实验。思考5：请结合本小组的实验过程，思考本实验有哪些注意事项？（1）油酸酒精溶液不宜长时间放置；确保容器器壁洁净。（2）量取1mL油酸酒精溶液后计量滴数时应尽量使每滴大小相同。（3）往水面上撒痱子粉要适量、均匀。（4）滴油时针头离水面1cm左右；不要一下滴得太多，使油膜的面积过大。（5）油膜稳定后再描线，视线应与油膜垂直。（6）利用坐标纸求油膜面积时，以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，大于半个的均算一个。

5、思考6：请结合本小组的实验数据，思考本实验的误差原因都有哪些？（1）形成的油膜不是单分子油膜让油膜尽可能散开，等收缩到稳定状态再进行测量。要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜等。（2）纯油酸体积的计算误差要用累积法测油滴的体积。先测出1mL的酒精油酸溶液的滴数，从而计算出一滴酒精油酸溶液的体积。再由油酸的浓度算出油酸的体积。（3）油膜的面积S测算产生的误差油膜形状画线误差：用浅盘使玻璃尽量靠近液面，画线尽量和油膜边缘对应。数格子法，带来的误差用坐标纸，测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的方格数，计算方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，方格边长的单位越小，用这种方法求出

6、的面积越精确。课堂练习1：将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，油酸形成一单分子层，其面积为0.2 m2. 由此可知油酸分子大约为多少？ 解：一滴油酸酒精溶液含油酸体积： 油酸分子直径约为：了解油酸分子油膜的特性。学生阅读课本，思考讨论如何若获得单分子油膜。思考讨论，怎样测量才能减小误差。讨论计算油膜面积的可靠方法，并讨论如何若减小误差。学生结合前面的思考问题总结实验步骤，并根据组内讨论的实验步骤进行实验，并总结实验中的注意事项。学生通过注意事项梳理自己的实验过程。思考产生误差的原因。加强对前面的知识点的理解。为接下来

7、讲解油膜法求解分子直径的做铺垫。让学生掌握获得单分子油膜的方法。掌握减小误差的常见方法，让学生形成用物理思维解决问题的方式。让学生掌握互补法计算油膜面积的方法，不足一格的不计算，超过半格的记为一格。让学生在实验过程中总结实验需要注意的事项，提升学生科学探究的能力。提高学生的反思能力，帮助学生形成坚持实事求是的科学态度。可分分析实验，提高科学素养，培养学生严谨的科学态度。提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。拓展提高d水油酸分子小球模型：在计算固体和液体分子大小时，可把分子看成是一小球，小球紧密排列在一起（忽略小球间的空隙）则： 立方体模型：在计算气体分子大小时，把每个分子和其占有的空间

8、当作一个小立方体，气体分子位于每个立方体的中心，这个小立方体的边长等于分子间的平均距离。ddd课堂练习2：已知水的摩尔体积是1.810-5 m3/mol，每个水分子的直径是410-10m ，设想水分子是一个挨一个排列的，求1 mol水中所含的水分子数。 解：一个分子的体积：1 mol水中所含的水分子数：6.01023 mol-1课堂练习3：在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其

9、形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm，则：(1)油膜的面积是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？解：(1)油膜轮廓包围的方格数约58个，则油酸膜的面积S58(20103)2m22.32102m2.(2)每滴溶液中含纯油酸的体积Veq f(1,50)eq f(6,104) mL1.2105mL1.21011m3(3)油酸分子的直径deq f(V,S)5.21010m.课堂练习4：用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度0.1 mL的量筒、盛有适量清水的4550

10、cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C.A用滴管将浓度为0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数NB将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数nC_D将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S cm2(2)用已给的和测得的物理量表示单个油膜分子的直径大小_(单位：cm)解：(1)由步骤D即可提示出，步骤C应该是：将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃