1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 教学设计-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第三册

2．实验：用油膜法估测油酸分子的大小 ★课标解析 1．课标内容要求。 通过实验估测油酸分子的大小。 2．课标内容解析。 “油膜法估测油酸分子的大小”实验，属于测量性学生分组实验，此实验让学生重温早期测定分子大小的方法，是高中阶段学生第一次利用宏观量的测定求出微观量大小的实验。在本实验中，通过建立模型，化微观测量量为宏观测量量及估算的方法来研究微观粒子，从而达到估测油酸分子大小的目的。 ★教学目标 物理概念：知道物质是由分子构成的，分子是有大小的。通过实验知道分子大小数量级。 科学思维：将油膜分子等效为理想化模型，単分子层 知道通过“数格子”估算面积的方法。 科学探究：体会利用宏观量的测量估算微观量的思想和方法。 通过科学、合理的操作获得实验数据。 科学责任与态度：通过实验操作，感受实验过程的艰辛与喜悦，树立认真、严谨、实事求是的科学态度。 ★教学准备 1．本节的教学用1课时。 2．多媒体使用建议：PPT课件。 3．教学顺序。 （1）讨论测量1粒红豆直径的测量方案。 （2）通过与1粒红豆的测量方法的对比，提出估测分子大小的实验方案。 （3）结合分子大小的数量级和操作实际，完善实验方案，如一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积的计算，不规则油膜边界的确定以及油膜面积的确定等。 （4）动手操作，进行实验，包括撒、滴、描、数、算等步骤。 （5）解释实验现象，加深理解。 （6）教师小结，明确本实验中用到的累计法。 4．注意事项。 以问题为导向，在教师精心设计问题的引导下，让学生明确此实验方案的来龙去脉，体会实验中用到的累计法等方法。 ★教学过程 1．以问题为导向，设计实验方案。 （1）通过类比，提出实验方案。 问题1：如何估测1粒红豆的直径？ 方法1：用游标卡尺测出红豆的直径。 方法2：用量筒测出N粒红豆的体积V总，然后算出1粒红豆的体积，再进一步计算出红豆的直径d。 方法3：用量筒测出一定量的红豆的体积V，再将这些红豆平摊在水平桌面上，不能重叠，测出所占的面积S，进而估算出红豆的直径d。 讨论：请对上述三种方法进行评价。 学生可能的评价：方法1最好，既简单又准确；方法2有一定的可行性，但没有方法1简便；方法3在操作上比较简单，但由于面积不规则，测出红豆所占的面积S有一定的误差。 （2）结合实际，筛选实验方案。 问题2：如何估测1个分子的大小（直径）？ 问题2.1：方法1是否可行？ 不可行，分子太小了，无法用游标卡尺进行测量。 问题2.2：方法2是否可行？ 不可行，分子的个数N没法通过“数”的方法确定。 问题2.3：方法3是否可行？ 有学生认为不可行，主要原因是单层分子很难找到，如果能找到单层分子，则可行。 教师补充油酸分子的特性：油酸为无色或淡黄色油状液体，油酸分子可以看成是由两部分组成，一部分对水有很强的亲和力，另一部分对水没有亲和力而要冒出水面。如图所示，用球体来表示油酸分子，红色表示对水有很强亲和力的部分，如果水面足够大，则油酸可以在水面上形成单层分子。 （3）考虑细节，完善实验方案。 问题3.1：油酸中加酒精配置成油酸酒精溶液的目的是什么？ 一滴纯油酸铺成的单分子层，由于面积太大，在实验室中将无法操作。 问题3.2：如何测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积？ 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V1时的滴数n，从而可算出一滴该溶液中所含油酸酒精的体积，再根据油酸酒精溶液中油酸的浓度η进一步算出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为η。 问题3.3：如何确定油膜散开后形成的不规则形状？ 在水面上撒上痱子粉薄层，水面平静后，在水面的中央滴上一滴油酸酒精溶液，痱子粉会展开。将玻璃板盖在上面，在玻璃板上用彩笔勾画出油膜的边界。 问题3.4：如何确定不规则油膜边界的面积？ 将半透明的坐标纸固定在玻璃板上，凡大于半个的计为1格，小于半个的略去不计，数出总个数，再乘以每小格的面积——这是估算面积的一种方法。 问题3.5：如何计算油酸分子的大小？ 一滴油酸酒精溶液中的油酸的体积为V，油膜稳定后所占的面积为S，则根据d=估算出油酸分子的大小。 2．动手操作，进行实验。 （1）测一滴油酸酒精溶液中油酸的体积。 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V1时的滴数n，从而可算出一滴该溶液中所含油酸酒精的体积，再根据油酸酒精溶液中油酸的浓度η进一步算出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积η。 （2）测定油膜的面积。 ①撒：向边长为30～40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。 ②滴：用注射器（或滴管）在浅盘中央水面上方约1cm高处滴入一滴油酸酒精溶液。 ③描：待油酸在水面上散开形成的油膜稳定后，将事先准备好的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描绘出油