[高二物理实验教案] 用油膜法估测分子的大小 实验目的 学会用油膜法估测分子的大小 实验器材 ①注射器或滴管②事先配制好的油酸酒精溶液③量筒④盛有清水的浅盘⑤痱 子粉⑥玻璃板⑦坐标纸 实验原理 如果分子直径为 d,油滴体积是 V,油膜面积为 S,则d=V/S,测出一滴油酸 酒精溶液中纯油酸的体积 V,测出油膜的面积 S,估算出分子直径的数量级。 实验步骤 1. 用注射器或滴管将老师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(如1mL)时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体 积,然后再按油酸酒精溶液的浓度计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V。 2.往边长约为 30—40cm 的浅盘里倒入约 2cm 深的水,待水稳定后,将适量痱 子粉均匀地洒在水面上。 3.用注射器或滴管将老师事先配制好的油酸酒精溶液滴在水面上一滴,形成 如图 1—1 所示的形状,待油酸薄膜的性状稳定后,将准备好的玻璃板放在浅盘上, (注意玻璃板不能与油膜接触)然后将油膜的形状用彩笔描在玻璃板上。 1 4.将画有油膜轮廓的玻璃板正确的放在坐标纸上,计算出油膜的面积 S,求 面积时以坐标纸上边长为 1cn 的正方形为单位,计算出正方形的个数,不足半个的 舍去,多于半个的算一个, 5.根据纯油酸的体积 V 和油酸的面积 S 可计算出油酸薄膜的厚度 l ? 油酸分子的大小。 注意事项 1.油酸酒精溶液的浓度以小于 l‰为宜。 2.油酸酒精溶液的液滴要适当多一些。 3.每次实验时要让浅盘中的水稳定后再做。 4.痱子粉不宜撒得过厚,器具用后要清洗好。 实验纪录 项目 油酸酒精溶 液浓度 1mL 溶液的 滴数 一滴油酸酒 精溶液的体 积 数值 一滴油酸的 体积 油膜面积 V ,即S课堂练习 1.油酸是一种脂肪酸,它的分子和水分子有很强的 能力,当它浮在水 。 面上形成一层油膜时,薄膜中只有一层分子,这样的一层油酸薄膜简称 如果油酸分子可以大致看作球形,油膜的厚度就是分子的直径。事先测出一滴油酸 的体积 V,再测出油膜的面积 S,就可计算出油膜分子的直径 d= 子直径的数量级是 m。 溶液一滴一滴地滴入量筒中, 。油酸分 2.用注射器或滴管将老师事先配制好的 记下量筒内增加一定体积(如1mL)时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液 的 ,然后再按油酸酒精溶液的浓度,计算出一滴溶液中 2 的体积 V。 能力测试: 1.实验中为什么要待容器中的水稳定后再进行实验? 2.油酸分子直径的数量级在 10-10m,有位同学的测量结果远大于这个数量级, 试分析可能的原因。 3.根据你的体会,试述做好本实验应该注意的几个问题。 (或影响实验结果的 因素) 4.已知酒精油酸溶液的浓度为 1‰,一滴油酸酒精溶液在水中扩展的油膜面 积约为 186cm2,1Ml 油酸溶液约有 66 滴。试确定油酸分子的大小。 作业 完成实验报告 附:参考资料 “用油膜法估测分子大小”的实验指导 用油膜法估测分子的大小这一学生实验,是要让学生学习一种方法,即用宏观 手段来研究微观问题,该实验具有很强的探索性,因此指导学生做好这个实验是十 分有意义的。 要做好这个实验,需注意以下三个主要问题。 一、浓度配制 教材中要求老师事先配制好一定浓度的酒精油酸溶液, 并无明确指明要配多大 的浓度、而这一浓度大小的选择正是这个实验成功的关键。通过多次试验,我们认 为浓度选取 1‰较合适。配制浓度为 l‰的油酸溶液可经两次配制。第一次配制, 在100ml 量筒中准确地放人 96ml 无水乙醇,再用 5ml 量简量入 4ml 油酸,充分搅 拌后,得到 4%浓度的油酸溶液。第二次配制,取97.5ml 的无水乙醇放入另一个 100ml 量筒中,用5ml 量筒准确量入第一次配好的浓度为 4%的油酸溶液 2.5ml, 充分搅拌,便得到 l‰的油酸溶液。 3 通过两次配制,既可减小取液时的相对误差,又可用尽量少的液体配出。较准 确浓度的溶液。在配制过程中应注意,(1)小量简量取的溶质要全部放入溶液; (2)充分搅拌;(3)油酸溶液配制后不要长时间放置,以免酒精挥发改变浓度。 二、粉的厚度 实验中痱子粉的作用是界定油膜大小的边界,痱子粉过厚,油膜不易扩散,使 水面的痱子粉开裂,痱子粉太少,油膜边界不清。教材中要求学生将痱子粉均匀地 撒在水面上,如何“撒”.这是关键,为了让学生撒好痱子粉,可先将痱子粉装入 小布袋中,然后拿一细木棒在水面上方轻敲布袋,即可得到均匀的、很薄的一层痱 子粉。具体撒多薄的痱子粉,教师要事先试验.心中有数,并指导学生操作。 三、点的滴法 实验时,把配好的浓度为 1‰的油酸溶液约(3ml 一5ml)分到 5ml 量筒中, 发给各小组,让学生用液管抽取溶液,一滴一滴地滴入小量筒,训练准确、均匀地 滴点。在练习之前,教师应示范滴管的拿取姿势,用左手食指、中指挟住滴管的中 部.右手拇指和食指摄住滴管的胶头,两手掌靠拢。形成一个稳定的姿势,再把两 肘支在桌上,这样可保证滴出每滴溶液时所用的力始终不变,数出的滴数误差就会 减小。学生按上述方法操作,记下小量筒内增加一定体积(例如 lml)时的滴数。 接下来把一滴油酸溶液滴入撒好痱子粉的水面中央, 这滴油酸溶液立刻伸展为一个 80cm ,140cm 左右的以痱子粉为边界的近圆形油膜,边缘是锯齿形,当油膜中的 无水乙醇挥发、溶解后.油膜便自动收缩为 60cm -120cm 的近圆形油膜。浅盘上 盖好玻璃,用彩笔描出油膜边界,用坐标纸量出油膜面积。 注意了以上三个问题后,这个实验就不难成功了,实验过程中,另外注意浅盘 选深度为 5cm 左右的圆盘,口径选 40cm 以上,底色用棕、黑等深色,痱子粉应保 证干燥,浅盘中的水应提前放置(静置)10 小时以上,滴管往浅盘水面上滴油酸 溶液时,滴管口距下面的高度应在 1cm 之内,当重做实验时,应用大量清水把钱 盘及量筒、滴管洗净,有条件的学校如用热水清洗或酒清擦试后再冲洗效果更佳。 总之,只要教师精心准备,对学生认真指导,则可观察到应有的实验现象,一定会 4 2 2 2 2 得到与油酸分子公认值 1.12 × 10 很接近的测量估算值 -9 5