1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，围绕分子动理论展开。通过课前预习（配制油酸酒精溶液原因、分子模型建构）和展示讨论（迁移应用测量食盐质量、细铁丝横截面积）搭建学习支架，衔接分子动理论基本观点与实验操作，引导学生从理论认知过渡到实践估测。 资料突出科学思维与科学探究。实验中建构单分子层油膜模型，培养模型建构能力；展示讨论设计迁移问题，提升科学推理与质疑创新；实验步骤含误差分析（油膜面积测算、浓度偏差等），强化科学论证；习题结合操作误差（如油膜未散开、体积测量误数），落实估算法与累积法，助力学生掌握科学探究的证据与解释要素，有效培养核心素养。

第一章　分子动理论 2．实验：用油膜法估测油酸分子的大小 【课标要求】通过实验，估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。 【学习目标】 1．掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法(重点)。 2．通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。 【学习重难点】 重点：通过估测油酸分子的大小，加深对分子大小数量级的认识。 难点：学会模型法、估算法等科学方法的应用。 课本导练 课前预习 1．为什么要配制油酸酒精溶液? 2．上一节中我们学习了分子动理论的基本内容，知道了物体是有大量分子组成的。在计算固体、液体和气体分子大小时，可以建立怎样的模型？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，有两个非常巧妙的设计，请你借鉴这两个设计思路，完成以下实验： （1）现需要在一个烧杯中倒入食盐供以后做实验用，但现有的电子秤最小只能称的质量，怎么办？请定量地具体说明操作的步骤。 （2）有一小捆粗细均匀的细铁丝，要较精确地测量细铁丝的横截面积，你认为应该怎样测量？说出所需的器材和测量方法。 点评点拨 实验思路 测算一小滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V，并测出这滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S，如图所示，将油酸分子看成是一个一个紧密排列的球体，忽略油酸分子间的空隙，油膜的厚度就可看成是一个油酸分子的直径，即________. 实验器材 酒精、油酸、清水、烧杯、浅盘、注射器、带有坐标方格的玻璃板、盛有爽身粉的布袋、彩色笔. 进行实验 1．配溶液：向1 mL油酸中加酒精，直至总量达到500 mL. 2．测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 用注射器测量一定体积(比如1 mL)中已知体积百分比浓度的油酸酒精溶液的滴数n，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，V = ×体积百分比(mL);或者测量n滴(50或100滴)已知体积百分比浓度的油酸酒精溶液的体积V1，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，V = 体积百分比. 3．测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S. （1）倒水撒粉：在浅盘里倒入适量清水，水面上均匀撒上爽身粉.撒爽身粉的作用是用来显示油酸浮在水面后形成的轮廓. （2）滴油：取一滴油酸酒精溶液滴在水面中央.酒精溶于水后，水面上留下的是一层油酸油膜，油膜上没有爽身粉(如图甲所示)，可以清楚地看出油膜的轮廓，由于所用的油酸溶液浓度非常低，油膜只有一层分子的厚度，我们称之为单分子层油膜，油膜的体积就是一滴溶液中所含油酸的体积V. （3）盖板，画轮廓：待油膜形状稳定后，将透明玻璃板盖在水面上方，在玻璃板上描绘出油膜的轮廓. （4）计算油膜面积：如图乙所示，利用数格子数的办法(大于半格算一格，小于半格舍掉)计算出油膜的面积S(图中S=104a2，a为小方格的边长). 4．计算油酸分子的直径： (V是一滴溶液中所含油酸的体积，S是油膜的面积). 注意事项 1．油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免浓度改变，产生较大的实验误差. 2．实验前，浅盘应洗干净，否则难以形成油膜;爽身粉的用量不要太多，否则不易成功.撒完爽身粉后，浅盘中的水面应保持平衡，爽身粉应均匀浮在水面上. 3．向水面滴一滴油酸酒精溶液.滴油酸酒精溶液的滴管口应在离水面1 cm之内，否则油膜难以形成. 误差分析 1．系统误差 油酸分子形成单分子油膜时，忽略了分子间隙. 2．偶然误差 （1）形成的油膜不是单分子层油膜：若油酸薄膜未充分散开，测得的分子直径将偏大.应让油膜尽可能散开，待稳定后进行测量.要求使用的油酸酒精溶液的浓度、爽身粉的用量等适宜. （2）纯油酸体积的计算误差：要用累积法测一滴溶液的体积.先测出1 mL的油酸酒精溶液的滴数，从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积.再由油酸的浓度算出油酸的体积.若实验中将N滴溶液误数成N+1滴，测得的分子直径将偏小. （3）油膜的面积S测算产生的误差及如何避免 ①油膜形状画线误差：用浅盘可使玻璃尽量靠近液面，画线尽量和油膜边缘对应;②数格子带来的误差：用坐标纸，先测出形状规则油膜的面积，再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，最后用方格数乘以每个方格的面积，方格边长越小，用这种方法求出的面积越精确. （4）油酸酒精溶液的实际浓度与理论值间存在偏差：油酸酒精溶液配置后若长时间放置，溶液的浓度会因酒精的挥发而改变，从而给实验带来较大误差. 1．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中， （1）某同学操作步骤如下： ①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； ③在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其形状稳定； ④在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。 改正其中的错误：_______________________________________________________________________________________。 （2）实验中，进行了理想化的假设，如：_______________________________(写出一种假设即可)。实验中，测量出滴入水中的纯油酸体积后，为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是___________________________________________。 在实验中，均匀撒爽身粉(或细石膏粉)有利于形成___________________________，便于记录数据。将一滴体积为V的油酸酒精溶液滴入水中，油膜形状稳定后面积为S，油酸酒精溶液的浓度为η，估算该油酸分子的直径为_______。 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 1．在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，选出需要的实验操作并按操作先后顺序排列正确的是（  ） A．①③④② B．①⑤③② C．①⑤④② D．①④⑤② 2．油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.5 mL，用滴管向量筒内滴100滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。（以下计算结果均保留1位有效数字） (1)若每一小方格的边长为10 mm，则油酸薄膜的面积为______ 。 (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为______mL。 (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为______m。 (4)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列哪些措施是可行的______。 A．油酸浓度适当大一些 B．油酸浓度适当小一些 C．油酸扩散后立即绘出轮廓图 D．油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图 【参考答案】 课本导练 课前预习 【答案】 1．必须将油酸配制成浓度很低的油酸酒精溶液，因为一滴纯油酸含有的分子数量太大了，可以铺满一个池塘的水面，如果直接滴在浅盘里，无法形成单分子层油膜，就无法测量分子的直径. 【答案】 2．可以建立球状模型或者立方体模型进行计算。 展示讨论 1．【答案】（1）见解析；（2）见解析 点评点拨 实验思路 【答案】 d = 1．【答案】（1）②在量筒中滴入N滴溶液，测出其体积； ③在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉)，再滴入一滴油酸酒精溶液，待油膜形状稳定； （2）将油膜的厚度近似认为等于油酸分子的直径；形成的油膜面积；清晰的油膜边缘；d＝ 小结小测 二、课堂小测 1．【答案】C 2．【答案】 (1) (2) (3) (4)BD 学科网（北京）股份有限公司 $