高中物理“用油膜法估测分子大小”实验的几点释疑教案 新人教版必修2

1、四川省攀枝花市米易中学高中物理教案：“用油膜法估测分子大小”实验的几点释疑【内容提要】 高二物理教材“用油膜法估测分子大小”实验中，善于思考的学生会产生多个疑问，其中油酸的分子特性、油酸分子直径的测量值与一般分子数量级不符等内容，从教材上难于寻求答案，参考资料也不多，老师在上课时也较难回答。本文就这几个学生常遇到的问题，结合一定的化学和物理知识作一点解释，以求让学生较清楚地理解这个实验。【2010年四川省物理优秀论文评选】 “用油膜法估测分子大小”实验的几点释疑【内容提要】高二物理教材“用油膜法估测分子大小”实验中，善于思考的学生会产生多个疑问，其中油酸的分子特性、油酸分子直径的测量值与一般分

2、子数量级不符等内容，从教材上难于寻求答案，参考资料也不多，老师在上课时也较难回答。本文就这几个学生常遇到的问题，结合一定的化学和物理知识作一点解释，以求让学生较清楚地理解这个实验。高中物理第二册“用油膜法估测分子大小”的学生实验，原理巧妙，用宏观上的一个简易原理便可测算出微观上的分子大小，本实验对学生思维开拓有很好的帮助。虽然原理并不复杂，教材描述也非常全面，但教材描述较为扼要，多处是点到即止，按教材要求，只要细心，多数学生能很顺利地完成实验，而善于思考的学生则会产生疑问，本文就学生常见的几个问题进行一下解释： 疑问一：为什么选择油酸，而不选择其它生活中常见的如植物油之类的油？提这类问题的学生

3、主要是在家里用简易条件做这个实验，但实验效果不好。如果只考虑油酸液体的诸如密度、表面张力系数、不溶于水等因素，那么多种油类都可以。之所以选择油酸，除了上述因素之外,主要是因为油酸特殊的分子结构。油酸的分子式为C17H33COOH，分为“C17H33”和“COOH”两部分，其中“COOH”是亲水基，而“C17H33”是憎水基，分子是一个长柱形（结构如图1），当油酸滴到水面时，亲水基浸在水中，而憎水基浮于水面，油酸分子竖起来（图2），有亲水基作“砣”，浮在水面之上的憎水基会因为分子间作用力而一个挨一个排列，不会重叠,所以会形成一层稳定的单分子纯油酸膜。主要是因为这种特性，所以我们选用油酸来估测分子

4、大小。亲水基憎水基图1：结构图 亲水基憎水基图2：简化示意图水面 疑问二：为什么要稀释油酸？这个问题，需要作一点估算来解释。以一滴纯油酸的体积为0.01mL、分子直径为110-9m来估算，一滴纯油酸在水面扩展的单分子油膜面积大约为10m2,面积太大，在实验室测量不便，所以要稀释。疑问三：为什么要在水面撒上痱子粉？这个疑问往往在实验之前产生，在实验中自然会发现撒上痱子粉的原因。因为油酸是无色透明的，撒上痱子粉主要是显现油膜边缘轮廓，以便勾勒。要让实验的效果好，痱子粉一定要撒均匀。疑问四：为什么油膜扩展后会迅速收缩？因为油酸是由酒精稀释的，刚扩展时，油酸分子会被酒精分子隔开，当酒精迅速溶于水和挥发

5、后，被酒精分子隔开的油酸分子迅速靠拢，因而面积会收缩，所以一定要在油膜形状稳定后才能进行形状勾勒。油酸能溶于醇、醚、苯、汽油、三氯甲烷等有机溶剂，也正是因为酒精能很快溶于水和挥发，所以通常选择酒精作为稀释油酸的溶剂。因为酒精的挥发性，配制好后的油酸酒精溶液要密封，且不能搁置太久，否则因为酒精挥发，油酸体积比浓度会升高。疑问五：实验要求计算正方形个数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个，但在做实验练习题时，为何总是算少了？不足半个的舍去，多于半个的算一个，主要是拼凑，练习时算少了，主要是对大约半个的判断不准，方法是不必计较大约半个的是多出还是不足，两个拼一个，即数一个丢一个。同时，做练习题时，数了的格子，用笔标一个点，以免数重复或是数漏掉。 疑问六：估测结果的数量级往往是10-9m，而教材上提到分子直径的数量级是10-10 m，是不是实验不准的原因？长度数量级为10-9 m宽度数量级为10-10 m图3：长与宽的数量级 这个实验是估测实验，因为分子间有空隙，并且体积测量和面积测量还有一定的误差，但这些因素不致于一定要影响到数量级。更为主要的原因是，油酸分子是柱形，本实验测量的单分子油膜厚度是柱形的长度，而不是宽度，长度大约是宽度的10倍左右，宽度的数量级是10-10 m，而长度的数量级是10-9 m，油酸分子长度的公认值为1.1210-9 m。参考文献：全