1.2 实验 用油膜法估测油酸分子的大小 课件 -2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

用油膜法估测分子的大小 同学们大家好，今天，我们一起来研究如何用油膜法估（gu，一声）测分子的大小，我们本次实验的目的是估测出油酸分子直径的大小。下面，我们先来了解一下实验原理。(单击，下一张PPT) 分子直径的数量级 我们已经知道，物体都是由大量分子组成的。分子直径的数量级约为10-10m。这么小的分子，用一般的光学显微镜都看不到，我们能直接测量它们的直径吗？显然不能。那，怎么办呢？（分段，稍作停顿）请同学们思考下面的问题，或许，会给我们一些启发。（单击，下一张PPT） 如何测一粒青豆的直径？ 如果我们把常见的青豆看成一个个理想的球体，进而想测量一粒青豆的直径，同学们能想出什么办法呢？有同学提出了如下的方法:（单击，下一张PPT） 如何测一粒青豆的直径？ 如果我们把青豆紧致的铺满在一个透明的、底面边长已知的长方体玻璃盒内，而且只铺底面一层；然后，再用纱布把这些青豆包裹起来，浸入盛水的量筒中，就可以测出这些青豆的体积V；由底面边长可以计算出玻璃盒的底面面积S，(单击，下一张PPT) 如何测一粒青豆的直径？ 根据数学公式d＝V/S，就可以估算出青豆的直径了！（单击，下一张PPT） 转换思想 直接 微观（d） 间接 宏观(V、S) 这样，我们就把不便于直接测量的微观量（ppt5-1）直径d，转换成了通过间接测量比较便于测量的宏观量（ppt5-2）体积V、面积S来实现。这是转化思想在物理研究中的应用，请同学们认真理解。(分段，稍作停顿) 现在，我们仿照这个思路，来估测一下油酸分子的直径大小。我们先来了解一下油酸分子的特性。（单击，下一张PPT） 如何测一个油酸分子的直径？ C17H33COOH 这是油酸的分子式C17H33COOH。油酸常温下为液态，它不溶于水，但易溶于酒精。（PPT6-1）往水面上滴一滴一定浓度的油酸酒精溶液，酒精溶于水后，油酸平铺在水面上，形成了有自由边界的油膜，油膜充分扩展稳定后，可认为每个分子都直立在水面上，且形成的是单分子油膜。通过实验测出一滴溶液中纯油酸的体积V和油膜的面积S，由d＝V/S就可以估算出油膜的厚度d，这个厚度即是油酸分子的直径。这就是我们的实验原理。（分段，稍作停顿）那么，如何测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积呢？（单击，下一张PPT） 如何测一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积？ 微小量的测量： 如何测量一张A4纸的厚度？ 如何测量一根细金属丝的直径？ “累积法” 为此，我们首先要测出一滴油酸酒精溶液的体积。但一滴溶液的体积很小，直接测量误差很大，怎么办？ 请同学们回忆一下，我们经常用什么方法测量微小量？（PPT7-1）在初中的时候，我们测量过一张纸的厚度，测量过细金属丝的直径，同学们还记得我们用的是什么样的方法吗？（学生回忆、思考、讨论，录制视频时稍作停顿）是的，我们可以测出100张纸的厚度，除以张数，就可以得到一张纸的厚度，我们把金属丝紧密绕在圆柱形铅笔上，用刻度尺测出紧密排列的金属丝的宽度，除以匝数，即可得到金属丝的直径。这要比直接测量一张纸的厚度或直接测量金属丝的直径误差要小得多，这种方法就是我们物理研究中经常用到的“累积法”（PPT7-2），用它可以有效的减小进行微小量测量时带来的误差。（分段，稍作停顿）至此，同学们应该已经知道如何求出一滴溶液的体积了。（单击，下一张PPT） 如何测一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积？ 是的，我们可以取1mL溶液，进而数一下1mL溶液里有多少滴，若1mL溶液里有n滴，那么，每滴溶液的体积就是1/nmL；再乘以溶液的体积浓度C，那么，（C*1/n）就表示每滴溶液中纯油酸的体积V。（单击，下一张PPT） 如何测油膜的面积S？ 接下来的问题就是如何测出油膜的面积S？ 实验中的油酸薄膜是无色透明的，怎样才能看清它呢？为此，（PPT9-1）我们先将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水槽的水面上，再将一滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，油酸立即在水面散开，形成一块薄膜，薄膜上没有痱子粉，可以清楚地看出它的轮廓。待油膜形状稳定后，将事先准备好的透明塑料板轻放在水槽上，透明塑料板上有边长为1cm的小方格，在塑料板上用水彩笔描出油膜的边界轮廓，继而数出轮廓内的格数，注意，在数格时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，这就是物理研究中常用的“互补法”（单击，下一张PPT） 如何测油膜的面积S？ “互补法” “油膜的面积S=格数×单个正方形的面积” 格数与单个正方形的面积之积即是油膜的面积S（PPT10-1）。具体的操作方法请同学们参考稍后的实验操作视频。(单击，下一张PPT) 一个油酸分子的直径 宏观量：V、S；微观量：d 最后，我们就可以估算出油酸分子的直径了。（分段，稍作停顿）可见，我们通过对宏观量体积V和面积S的测量，实现了对微观量直径d的研究。这是物理学研究中经常使用