2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小（表格式教学设计）物理人教版选择性必修第三册

第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 教学 目标 物理观念 理解分子模型，知道分子直径的数量级。知道用分子的球形模型建立水面上油酸的单分子油膜的模型。 科学思维 学会用油膜法估测分子大小。理解用单分子油膜测量油酸分子直径的公式。 科学探究 能针对真实情境提出与实验相关的物理问题，并做出有依据的假设。能在他人的帮助下，设计实验方案。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面积。能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。能撰写规范的实验报告，在报告中能呈现实验表格、数据分析过程及实验结论。 科学态度 与责任 学会坚持实事求是的态度，用实验方法探究问题，培养探索科学的兴趣。在提高实验设计能力和估算能力的同时，体会物理研究中估测的重要性，知道人类认识自然是有不同层次的。能感受用常规方式认识微观世界的实验设计的美妙。 教学 重难点 1.单分子的模型建构，体会利用宏观量的测量推算出微观量大小的方法(重点)。 2.实验操作与数据的处理(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：展示石墨表面原子的照片。提问：通过什么途径可以知道分子的大小呢？ 学生思考问题。 新课讲授 教师：分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3 mm 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！ 下面我们一起来完成一个伟大的实验，一起来测量油酸分子直径的大小。我们把油酸分子看成是一个一个紧密排列的小球模型，因为油酸分子看不见摸不着，老师拿来了小绿豆（如图），把油酸分子类比于小绿豆。怎样估测绿豆的直径？ 教师：老师这里有一杯绿豆，同学们想一想，有什么方法可以测量出绿豆的直径呢？ 学生：可以用游标卡尺、螺旋测微器或者刻度尺来测量。 教师：还有什么其他的方法吗？ 学生：可以用刻度尺测量出n个绿豆的总长度，然后用总长度除以n。 教师：这种方法是测多算少的方法或者叫累积法，我们以前测量一张纸的厚度就是用这样的方法。同学们，还有没有其他的方法呢？同学们来观看下图。 教师：如果把一杯50mL的绿豆平铺在桌面上，它的体积变化了吗? 学生：没有，绿豆没有少，没有多，所以还是50mL。 教师：如果我们测量出这单层的绿豆的面积，那么如何计算绿豆的直径？同学们小组之间可以讨论一下。 学生：绿豆的厚度d乘以面积S，即为绿豆的体积V。厚度d也是绿豆的直径，所以绿豆的直径d＝。 教师：非常好。我们把绿豆看成了紧密排列在一起的小球，这样把复杂的实际情况简化成了一种简单的物理模型，这个方法也是我们测量分子直径的原理。 教师：对于固体和液体的分子，我们都无法轻易地获得单分子膜，如果我们将一种液体滴在水面上，这种液体可以迅速在水面上扩散成一层单分子油膜，那么这种液体需要具备哪些性质？ 学生：不溶于水且亲水性较强。 教师：油酸恰好具有这样的性质。 教师：如何制作一层单分子油膜？ 学生：可以取1滴油酸滴到水面上。 教师：如果把1滴纯油酸在水面上完全铺开形成单分子油膜，单分子油膜的面积大概有我们实验室这么大，我们没有这么大的水盘，那现在怎么办？ 学生：取更小体积的油酸。 教师：怎么才能获取更小体积的油酸？同学们可以小组讨论一下。 学生：把油酸稀释。 教师：稀释油酸需要用哪种溶剂？水可以吗? 学生：水不可以，但可以用酒精。 教师：不错，我们可以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。 教师：为了节约时间，老师课前已经将油酸稀释成浓度为0.2%的油酸酒精溶液，可以直接拿来用。播放演示视频。 一、实验思路 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 2、测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 三、数据分析 四、误差分析 例1．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 答案 C 例2 (2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是_________________________________________________________。 实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以_______ _______________________________________________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是____________________。  答案 稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜;为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。 学生思考并回答问题。 学生动手实验。 课 堂 练 习 1.把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，调节盐水的密度，使薄膜能在盐水中悬浮，此时盐水的密度为1.2×103kg/m3。用天平测出尺寸为10cm×20cm的这种塑料薄膜的质量是36g，请计算薄膜的厚度。 答案 解析 由平衡条件 塑料薄膜的体积为 解得薄膜的厚度为 代入数值得 2.“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。 答案 (1)①用电子秤称取1g食盐，②将此食盐在量筒中加水溶解至100mL，③用细管取1mL溶液至蒸发皿，加热，待水蒸发完后，得到的食盐就是0.01g。 (2)器材：刻度尺、水、量筒、一段金属丝（5m左右）。 测量方法：①用刻度尺测出金属丝的长度L ，②将金属丝浸入盛有一定量水的量筒中，记录体积变化量V，③根据体积公式得出金属丝的横截面积为 。 3.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每油酸酒精溶液中有纯油酸。用注射器测得58滴这样的溶液为。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为。 （1）1 滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的 体积是多少？ （2）油膜的面积是多少？ （3）按以上数据，估算油酸分子的大小。 答案 解析 [1]1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积为 [2]油膜的轮廓中大约有258个小方格，故油膜的面积为 [3]油膜可看成是单分子油膜，油膜的厚度可认为是油酸分子的直径，则油酸分子的大小为 课 堂 小 结 板 书 设 计 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验思路 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层。 ①模型化②理想化③估算d＝ 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 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 3.单分子油酸的直径d＝ 三、数据分析 1.计算方法 2.除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10m。 四、误差分析 1.油酸酒精溶液浓度改变 2.形成的油膜不是单分子油膜 3.纯油酸体积的计算误差 4.油膜的面积S测算产生的误差 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 本设计依据探究性实验学习思维过程，先巧用绿豆进行物理模型的建构，并结合学生认知的实际情况，在老师的指导下确定实验思路。通过问题引导和指导学生阅读教材的方式确定物理量的测量方法和实验操作过程。在完成预设的学习目标的同时有效落实核心素养的培养。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $