1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（教学课件）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，系统涵盖实验原理（d=V/S）、物理量测量（稀释、体积与面积测量）、数据分析及误差分析等核心内容。课堂导入通过水珠中分子数量的实例引发思考，搭建从宏观现象到微观分子大小估测的学习支架，帮助学生建立知识脉络。 其亮点在于以科学思维中的模型建构（单分子油膜理想化模型）和科学探究（实验步骤设计、误差来源分析）为核心，结合典例探究（如累积法测体积、方格法算面积）培养学生严谨性。学生能通过宏观量测量理解微观量估算，教师可借助清晰的实验流程和误差分析提升教学效率，落实核心素养培养。

第一章 分子动理论 人教版（2019）选择性必修 第三册 第二节 实验：用油膜法估测油酸分子的大 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立 “物质由大量分子组成、分子存在微观尺度” 的分子动理论核心观念，理解油膜法中 “单分子层油膜” 体现分子的客观存在，掌握分子直径的数量级（10⁻¹⁰m），明确油膜法是联系宏观物理量（油膜体积、面积）与微观物理量（分子直径）的桥梁，认识油膜扩散是分子无规则运动的间接反映。 科学思维 通过建立单分子层油膜模型、球形分子模型，运用统计平均的思想，分析油酸分子大小的估算方法；运用推理、关联的思维，解释油膜扩散与分子热运动的联系，理解分子间作用力对油膜稳定形态的调控规律。 科学探究 能通过油酸稀释、油膜制备、边界描绘与面积测量等实验操作，探究分子大小的估测方法；通过油膜的宏观形态与数据计算，提炼分子微观尺度的规律，培养从实验现象推导微观结论的能力。 科学态度与责任 认识油膜法是估测微观粒子尺度的重要实验方法，联系生活中 “宏观测微观” 的科学应用，体会微观理论对宏观实验的指导价值；激发探索物质微观结构与尺度的兴趣，培养严谨操作、如实记录数据的科学探究态度。 学习目标 实验思路 01 教学内容 物理量的测量 02 数据分析 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 油膜法估测分子大小的实验原理（单分子层油膜模型、宏观量与微观量的关联）；实验操作的核心步骤（油酸稀释、油膜制备、面积测量）。 利用油膜法计算分子直径的方法；分子直径数量级（10-¹⁰m）的认知。 单分子层油膜模型的合理性分析（如何判断油膜是单分子层）；实验误差的来源与减小方法（如油膜边界模糊、体积测量偏差的处理）。 重点难点 分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3mm左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍! 课堂导入——思考与讨论 通过什么途径可以知道分子的大小呢？ 01 PART 01 第一部分 实验思路 探究新知 7 探究新知——实验思路 油酸分子 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 水 油酸分子 d 油分子一个个紧挨着整齐排列，认为油膜的厚度就是分子的直径。 ①模型化 ②理想化 ③估算 探究新知——实验思路 d-----单分子油酸的直径 V-----一滴油酸分子的体积 S-----一滴油酸分子的面积 求油酸分子的直径 02 PART 02 第二部分 物理量的测量 探究新知 10 探究新知——物理量的测量 ⑴配制油酸溶液： ⑵测量一滴油酸溶液的体积： ⑶求出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，记下液滴的总滴数n和它们的总体积V，则一滴油酸酒精溶液的体积为𝑉/𝑛。 用2ml注射器抽取1.5ml油酸，将其中1.0ml油酸注入500ml的量筒中，加入无水酒精至500ml刻度线，充分搅匀后得到体积比为1:500的油酸酒精溶液。 所以油酸溶液的体积为𝑉/500𝑛。 1、测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 探究新知——物理量的测量 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S (1)在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上． (2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜． (3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状． (4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个． (5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S. 探究新知——物理量的测量 探究新知——物理量的测量 1油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差． 2．实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上． 3．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成． 4．待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓． 5．计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个． 注意事项 探究新知——数据分析 d-----单分子油酸的直径 V-----一滴油酸分子的体积 S-----一滴油酸分子的面积 大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10-10 m。 探究新知——数据分析 误差分析 让油膜尽可能散开，等收缩到稳定状态再进行测量。要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜等。 3.纯油酸体积的计算误差 要用累积法测油滴的体积。先测出1mL的酒精油酸溶液的滴数，从而计算出一滴酒精油酸溶液的体积。再由油酸的浓度算出油酸的体积。 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。 2.形成的油膜不是单分子油膜 1、油酸酒精溶液浓度改变 探究新知——典例探究 【典例1】(2024·北京市西城区高二期末)“利用油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想，应用了通过对宏观量的测量来间接测量微观量的方法。 (1)某同学进行了下列操作： A.向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上 B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上扩展为形状稳定的油酸薄膜 C.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。测量一滴油酸 酒精溶液中纯油酸的体积V D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S E.将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上。 正确操作的合理顺序是　　　 　(填字母代号)； 探究新知——典例探究 (2)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每2 000 mL溶液中含有1 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。 ①油膜占有的面积约为　　　 cm2； ②油酸分子的直径大小d≈　 　　　 m(结果保留一位 有效数字)； 探究新知——典例探究 (3)为减小误差，该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积，而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为l mL，下列实验采用了类似方法的有　　　　。 A.“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量 B.“用双缝干涉测光的波长”实验中的测量相邻亮条纹间的距离 C.“用单摆测重力加速度”实验中单摆的周期的测量 探究新知——典例探究 【解析】（1）本实验首先要制备油酸酒精溶液，并明确一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，同时通过量筒测出N滴油酸酒精溶液的体积；再向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；然后将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘里的水面上，等待形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油酸膜的形状；接着将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，按不足半格舍去，多于半格的算一格，统计出油酸薄膜的面积。最后用一滴溶液里纯油酸的体积除以其面积，恰好就是油酸分子的直径。故正确的步骤为CABED。 探究新知——典例探究 【解析】（2）由题图得油膜占有的面积约为117 cm2。一滴溶液里纯油酸的体积为V=× mL=1×10-5 mL，油酸分子的直径大小d=≈9×10-10 m （3）为减小误差，该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积，而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为1 mL。该方法为累积法。“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量不是用累积法，故A错误；“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中相邻亮条纹间的距离的测量，也是测量多个亮条纹间距，然后求解相邻亮纹间距，采用的是累积法，故B正确；“用单摆测量重力加速度的大小”实验中，单摆的周期的测量是测量至少30次全振动的时间，然后用T=求解周期，采用的是累积法，故C正确。 探究新知——典例探究 【典例2】 (2024·东莞市高二期末)在“油膜法估测分子直径”实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。 (1)本实验首先需要将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成　　 (选填“单层”或“多层”)分子油膜。若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸体 积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为　　。 探究新知——典例探究 (2)甲同学在实验中先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，测量并计算一滴溶液中含有油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作，甲同学操作不恰当的是　　(填字母代号)。 A.向浅盘中倒入约2 cm深的水，用勺子将痱子粉倒在水面上，使痱子粉 有较大的厚度 B.用注射器将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，注射器尽可能远离水面 C.待油膜稳定后，将带有坐标方格的玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油 膜轮廓画在玻璃板上 D.根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形个 数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，估算油膜的面积 探究新知——典例探究 (3)乙同学将1 cm3的油酸溶于酒精，制成500 cm3的油酸酒精溶液，测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜面积是0.12 m2。由此估算出油酸分子的直径约为　　 　　 m (结果保留一位有效数字)。 (4)丙同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d比真实值偏小。出现这种情况的原因可能是　　(填字母代号)。 A.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 B.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 C.计算油膜面积时，将不完整的方格全部作为完整方格处理 探究新知——典例探究 【解析】（1）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验依据是：①油膜是呈单层分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙。由上可知，在水面上要形成单层分子油膜。一滴溶液中含有油酸的体积为V，油酸分子的直径为d= （2）向浅盘中倒入约2 cm深的水，应将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，若所撒痱子粉太厚会导致油膜的面积偏小，故A符合题意；用注射器将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，高度适中，注射器不是越远离水面越好，故B符合题意；待油膜稳定后，将带有坐标方格的玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油膜轮廓画在玻璃板上，操作合理，故C不符合题意；根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，估算油膜的面积，操作合理，故D不符合题意。 探究新知——典例探究 （3）一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=× cm3=4×10-5 cm3=4×10-11 m3，油酸分子的直径约为d== m≈3×10-10 m （4）油酸分子的直径计算公式为d=，水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，油膜面积S偏小，测量的油酸分子的直径偏大，故A错误；若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，V偏大，测量的油酸分子的直径偏大，故B错误； 计算油膜面积时，将不完整的方格全部作为完整方格处理，油膜面积S偏大，测量的油酸分子的直径偏小，故C正确。 课堂小结 实验：用油膜法估算油酸分子的大小 一、实验思路 二、实验器材 三、实验步骤 四、数据分析 五、误差分析及注意事项 实验原理： 多数分子大小的数量级为10－10 m 配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉、注射器、烧杯、带有坐标方格的玻璃板、彩笔 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 $