1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 教案-2021-2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修3

1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 〖教材分析〗 本课作为实验课。通过宏观的方法也是可以测量微观量的，主要内容有实验思路、物理量的测量、数据分析和误差分析。我么需要运用理想化模型，把分析看成单分子层，且是均匀球体。通过测度算少的方法测得 1滴油酸的体积，通过数格子的方法测得1滴油酸的面积，这样就可以大致估测分子的直径了。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道用分子的球形建立水面上油酸的单分子油膜的模型 。 科学思维∶理解用单分子油膜测量油酸分子直径的公式。 科学探究：能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜的面积。 科学态度与责任∶通过油膜法测量分子直径的实验过程，体会用宏观量测量微观量的模型计算方法，并推广到生活中有关的物理问题。 〖教学重难点〗 教学重点：油膜法测分子直径。 教学难点：操作、进行数据分析和误差分析。 〖教学准备〗 多媒体课件、酒精、注射器、方格纸、玻璃板、浅水盘、痱子粉、油酸等。 〖教学过程〗 一、新课引入 通过分子、苹果和地球的直径的对比。根据上节课的知识可知分子十分微小，用肉眼无法观察。 问题：分子的直径这么小，我们是怎么测出来的呢？ 二、新课教学 （一）实验思路 理想化处理： ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 ②油分子一个个紧挨着整齐排列，且把分子看成球形 计算原理：将一体积为v的油滴滴在水平面上，当他伸展成单分子油膜，如果把这一摊油膜当成一个很矮的柱体，那体积是v面积是s 再把柱体的高设为d，利用体积公式就得到v=sd，因为这个d也是油膜分子的直径，所以咱要求的分子直径计算公式就能用 来表示。 （二）物理量的测量 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ①稀释油酸 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。 ②配制一定浓度的油酸酒精溶液 用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数。用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积，再计算其所含纯油酸的体积V。 例如：把1mL的油酸用酒精稀释成200ml溶液 那稀释后1mL溶液中油酸的含量： 再假设1mL溶液可以分成50滴，那每一滴的体积就是=0.02mL 而其中的1滴纯油酸含量就是=0.0001mL。 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ①撒爽身粉 ②滴1滴油酸酒精溶液 ③放上玻璃板，等液面稳定 ④画出轮廓 ⑤放坐标纸，数格子 假设每个格子边长是a，如果数得n个格子：s=na2 （三）数据分析 用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和该油膜面积S计算出油膜厚度，即油酸分子的直径 分子的大小：除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m。 （四）误差分析 ①油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差. ②利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的观察方法而产生误差 ③油滴的体积过大，同时水同同积过小， 不能形成单分子油膜。 ④描绘油膜形状的画线误差. ⑤利用小正方形数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差， ⑥不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差. 课堂练习 例1："用油膜法估测分子的大小"实验的科学依据是（ ） A.将油酸形成的膜看成单分子油膜 B.不考虑各油酸分子间的间隙 C.考虑了各油酸分子间的间隙 D.将油酸分子看成球形 解析：选ABD。 例2：在“油膜法”估测分子大小的实验中，认为油酸分子在水面上形成的是单分子层，这体现的物理思想方法是（ ） A. 等效替代法 B. 控制变量法 C. 理想模型法 D. 累积法 解析：选C。 例3：某同学在"用油膜法估测分子直径"的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于（ ） A. 油酸未完全散开程 B. 油酸中含有大量的酒精 C. 计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D. 求每液体积时，1mL的溶液的滴效多记了10液 解析：选ABC。 例4：在做“用油膜法:估测分子的大小”实验时，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL。用注射器测得58滴这样的溶液为1mL。把1滴这样的溶液滴入的浅盘里，等油膜稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为1cm。 (1)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少? (2)油酸膜的面积是多少? (3)按以上数据，估算油酸分子的大小。 解：（1）1mL油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为： 1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为： （2）小方格的面积：S1=10-2×10-2m2=10-4m2 小方格的个数n=11