高中物理教学论文 “用油膜法估测分子大小”的实验应让学生知其所以然 新人教版.doc

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1、“用油膜法估测分子大小”的实验应让学生知其所以然【摘要】就“用油膜法估测分子大小”实验教学中容易忽视的几个问题进行分析并对实验提出三点建议，认为实验教学不能只满足于学生对实验过程的操作，教师要引导学生挖掘实验现象背后的更深层次的问题，从而激发学生的探究兴趣，提高学生的探究能力。【关键词】油膜法；估测分子大小；用油膜法估测分子大小分子动理论是从微观角度认识物体热现象的基本理论。宏观物体是由大量不停息的运动着的、彼此间或强或弱相互作用着的分子组成，分子有多大是教学中要说明的首要问题。用油膜法估测分子大小，是最早测量分子大小的一种方法。自1997年开始使用的“三省一市”全日制高级中学物理教

2、科书开设该实验以来，各种版本的教材中都保留了该实验。本校现使用的人教版普通高中课程标准实验教科书《物理（选修3-3）》较为详细的介绍了该实验的操作流程。本人做为物理实验教师精心准备了该实验，并对实验情况进行认真分析发现，多数学生只是按照教材所列步骤完成各步操作，在十分钟内就可算出分子大小则“满意”而归。其实，该实验有许多问题值得深入分析，学生不能满足于知其然，更要知其所以然。一实验相关问题的分析1高中物理开设该实验的意义该实验利用的用宏观量来测量微观量的实验方法是科学研究的重要方法之一，该实验又是高中物理学生实验中唯一体现该方法的实验。学生在认识微观世界的过程中，对分子直径的数量级有

3、了清晰的感性认识，进一步认识了物理模型在物理研究中的重要价值，启迪学生处理微观问题的思路，为正确解决关于微观世界的实际问题做了铺垫。2实验中为何使用油酸做为被测物极性有机物（如醇、胺、醋等）特别是有直碳氢链的,以及各种表面活性剂（如洗衣粉、肥皂等）皆容易在水表面上铺展,形成表面膜。将不溶于水的极性有机物溶于溶剂中，然后滴加到水面上，当溶剂挥发后在水面上就由有机物形成一层膜。如果水面足够大形成的膜就是单分子层。[1]油酸的分子式为C17H33COOH,它是由两部分构成:一部分是与水有很强亲和力可溶于水的—COOH,另一部分是在结构上与水差别很大且不能溶于水的C17H33。水面上的油酸分

4、子中—COOH留在水中，C17H33冒出水面，油酸分子直立在水面上形成单分子层。3为何要将油酸稀释后使用实验前由教师配置好油酸溶液装入细口瓶中，实验时告诉学生油酸浓度，但并没有学生提出为什么要稀释油酸？为什么以这样的浓度稀释油酸？而这却是实验的关键步骤之一。我们知道分子的直径大约是10-10m，而一滴油酸的体积（注射器5号针头）大约有4×10-3cm3(每0.4cm3的油酸大约100滴)[2]，如果这滴油酸铺成单分子层，油膜面积有，实验室中将无法操作。实验室中水槽为,如果将整个盆铺满，需要的油酸的体积大约是，所得的体积比。而实际上油酸分子比10-10m要大，并且溶液浓度越低油酸分子占

5、的面越大，实验中也不可让油酸铺满整个水槽。大量研究得出，油酸溶液浓度为1：200较为合适。2用心爱心专心4为何用滑石粉显示油膜边界油酸的分子滴到水面上后趋于均匀扩散到水面上，油酸溶液中主要是乙醇，而乙醇的表面张力小于水的表面张力（20°C时水的表面张力系数是73×10-3N/m，18°C时乙醇的表面张力系数是22.9×10-3N/m）。[3]两种液体的表面张力的作用使油酸溶液迅速展开成以滑石粉为边界的区域。由于酒精挥发，随后展开的面积缩小，最终形成以滑石粉为边界的油酸单分子膜。5实验完毕为何要认真清洗水槽我们在实验室的水槽边准备了酒精和脱脂棉球，要求每组学生在实验完毕都要用酒精棉球认

6、真擦洗水槽。学生按要求做了，但是有多少学生认真考虑过为什么要这样做呢？由于油酸对水是不浸润液体，如果水槽上油酸有残余，下次盛水之后就会在水面上形成多块不连续的油膜，滑石粉撒在油膜上，再滴入油酸，则原来油膜上的滑石粉散不开，从而会影响实验效果。洗衣粉等表面活性剂也会在水面形成油膜，所以不能使用。用酒精溶解油酸后容易冲洗干净。二实验的几点建议1学生对该实验原理的理解要以正确建立物理模型为基础。教师可以利于水面上漂浮的乒乓球做为模型给学生讲解实验思想。2该实验作为分组实验需要较多的水，而一般物理实验室的实验台上没有水池，学生从他处取水过程中不可避免的将水撒在地面上和实验台上，甚至会使实验室

7、“一片汪洋”。因此笔者建议，如果条件允许该实验可以在化学实验室完成。3一般油膜实验仪提供的毫米方格纸若沾上水会皱缩，不便再次使用。因此可以将毫米方格印在机玻璃板上，在玻璃板上直接数出格数，或者将毫米方格纸塑封，以避免沾水。该实验对操作细节要求很高，如：配制溶液、测量一滴溶液的体积、撒粉厚度及均匀程度的把握、滴入液滴时注射器距水面的高度等，这些本文不再赘述，笔者是从学生实验过程中只重“其然”的表现而产生的以上思考。新课程标准强调教学对学生探究能力的培养，从关