高中物理教學(xué)論文 “用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)應(yīng)讓學(xué)生知其所以然 新人教版（通用）

1、 “用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)應(yīng)讓學(xué)生知其所以然 【摘要】就“用油膜法估測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中容易忽視的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析并對(duì)實(shí)驗(yàn)提出三點(diǎn)建議，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能只滿足于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作，教師要引導(dǎo)學(xué)生挖掘?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象背后的更深層次的問(wèn)題，從而激發(fā)學(xué)生的探究興趣，提高學(xué)生的探究能力。【關(guān)鍵詞】油膜法；估測(cè)分子大?。挥糜湍しü罍y(cè)分子大小分子動(dòng)理論是從微觀角度認(rèn)識(shí)物體熱現(xiàn)象的基本理論。宏觀物體是由大量不停息的運(yùn)動(dòng)著的、彼此間或強(qiáng)或弱相互作用著的分子組成，分子有多大是教學(xué)中要說(shuō)明的首要問(wèn)題。用油膜法估測(cè)分子大小，是最早測(cè)量分子大小的一種方法。自1997年開始使用的“三省一市”全日制高級(jí)中學(xué)物理教科書開

2、設(shè)該實(shí)驗(yàn)以來(lái)，各種版本的教材中都保留了該實(shí)驗(yàn)。本?，F(xiàn)使用的人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理（選修3-3）較為詳細(xì)的介紹了該實(shí)驗(yàn)的操作流程。本人做為物理實(shí)驗(yàn)教師精心準(zhǔn)備了該實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生只是按照教材所列步驟完成各步操作，在十分鐘內(nèi)就可算出分子大小則“滿意”而歸。其實(shí)，該實(shí)驗(yàn)有許多問(wèn)題值得深入分析，學(xué)生不能滿足于知其然，更要知其所以然。一 實(shí)驗(yàn)相關(guān)問(wèn)題的分析1 高中物理開設(shè)該實(shí)驗(yàn)的意義該實(shí)驗(yàn)利用的用宏觀量來(lái)測(cè)量微觀量的實(shí)驗(yàn)方法是科學(xué)研究的重要方法之一，該實(shí)驗(yàn)又是高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)中唯一體現(xiàn)該方法的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在認(rèn)識(shí)微觀世界的過(guò)程中，對(duì)分子直徑的數(shù)量級(jí)有了清晰的感性認(rèn)識(shí)

3、，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了物理模型在物理研究中的重要價(jià)值，啟迪學(xué)生處理微觀問(wèn)題的思路，為正確解決關(guān)于微觀世界的實(shí)際問(wèn)題做了鋪墊。2 實(shí)驗(yàn)中為何使用油酸做為被測(cè)物極性有機(jī)物（如醇、胺、醋等）特別是有直碳?xì)滏湹? 以及各種表面活性劑（如洗衣粉、肥皂等）皆容易在水表面上鋪展, 形成表面膜。將不溶于水的極性有機(jī)物溶于溶劑中，然后滴加到水面上，當(dāng)溶劑揮發(fā)后在水面上就由有機(jī)物形成一層膜。如果水面足夠大形成的膜就是單分子層。1油酸的分子式為 C17 H33 COOH ,它是由兩部分構(gòu)成:一部分是與水有很強(qiáng)親和力可溶于水的COOH ,另一部分是在結(jié)構(gòu)上與水差別很大且不能溶于水的C17 H33。水面上的油酸分子中COOH留

4、在水中，C17 H33冒出水面，油酸分子直立在水面上形成單分子層。3 為何要將油酸稀釋后使用實(shí)驗(yàn)前由教師配置好油酸溶液裝入細(xì)口瓶中，實(shí)驗(yàn)時(shí)告訴學(xué)生油酸濃度，但并沒有學(xué)生提出為什么要稀釋油酸？為什么以這樣的濃度稀釋油酸？而這卻是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟之一。我們知道分子的直徑大約是10-10m，而一滴油酸的體積（注射器5號(hào)針頭）大約有410-3cm3(每0.4cm3的油酸大約100滴)2，如果這滴油酸鋪成單分子層，油膜面積有，實(shí)驗(yàn)室中將無(wú)法操作。實(shí)驗(yàn)室中水槽為,如果將整個(gè)盆鋪滿，需要的油酸的體積大約是，所得的體積比。而實(shí)際上油酸分子比10-10m要大，并且溶液濃度越低油酸分子占的面越大，實(shí)驗(yàn)中也不可讓油酸

5、鋪滿整個(gè)水槽。大量研究得出，油酸溶液濃度為1：200較為合適。4 為何用滑石粉顯示油膜邊界油酸的分子滴到水面上后趨于均勻擴(kuò)散到水面上，油酸溶液中主要是乙醇，而乙醇的表面張力小于水的表面張力（20C時(shí)水的表面張力系數(shù)是7310-3N/m，18C時(shí)乙醇的表面張力系數(shù)是22.910-3N/m）。3兩種液體的表面張力的作用使油酸溶液迅速展開成以滑石粉為邊界的區(qū)域。由于酒精揮發(fā)，隨后展開的面積縮小，最終形成以滑石粉為邊界的油酸單分子膜。5 實(shí)驗(yàn)完畢為何要認(rèn)真清洗水槽我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室的水槽邊準(zhǔn)備了酒精和脫脂棉球，要求每組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完畢都要用酒精棉球認(rèn)真擦洗水槽。學(xué)生按要求做了，但是有多少學(xué)生認(rèn)真考慮過(guò)為什么要

6、這樣做呢？由于油酸對(duì)水是不浸潤(rùn)液體，如果水槽上油酸有殘余，下次盛水之后就會(huì)在水面上形成多塊不連續(xù)的油膜，滑石粉撒在油膜上，再滴入油酸，則原來(lái)油膜上的滑石粉散不開，從而會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。洗衣粉等表面活性劑也會(huì)在水面形成油膜，所以不能使用。用酒精溶解油酸后容易沖洗干凈。二 實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)建議1 學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)原理的理解要以正確建立物理模型為基礎(chǔ)。教師可以利于水面上漂浮的乒乓球做為模型給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)思想。2 該實(shí)驗(yàn)作為分組實(shí)驗(yàn)需要較多的水，而一般物理實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上沒有水池，學(xué)生從他處取水過(guò)程中不可避免的將水撒在地面上和實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，甚至?xí)箤?shí)驗(yàn)室“一片汪洋”。因此筆者建議，如果條件允許該實(shí)驗(yàn)可以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完

7、成。3 一般油膜實(shí)驗(yàn)儀提供的毫米方格紙若沾上水會(huì)皺縮，不便再次使用。因此可以將毫米方格印在機(jī)玻璃板上，在玻璃板上直接數(shù)出格數(shù)，或者將毫米方格紙塑封，以避免沾水。該實(shí)驗(yàn)對(duì)操作細(xì)節(jié)要求很高，如：配制溶液、測(cè)量一滴溶液的體積、撒粉厚度及均勻程度的把握、滴入液滴時(shí)注射器距水面的高度等，這些本文不再贅述，筆者是從學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只重“其然”的表現(xiàn)而產(chǎn)生的以上思考。新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)教學(xué)對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，從關(guān)注“形成的知識(shí)”轉(zhuǎn)向關(guān)注“知識(shí)的形成”，因此教師要充分開發(fā)教學(xué)資源的探究性價(jià)值，研究教學(xué)資源的探究點(diǎn)的設(shè)計(jì)，使教學(xué)真正利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1王秀英，張玖瑋.“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)研究J.物理教師，202