12實驗用油膜法估測油酸分子的大小教學(xué)設(shè)計-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

實驗：用油膜法估測油酸分子的大小教材分析《實驗：用油膜法估測油酸分子的大小》是人教版選擇性必修第三冊第一章分子動理論第二節(jié)的內(nèi)容，對本節(jié)課的要求為能用油膜法估測分子的大小，體會和掌握測量微觀量的思想方法，能利用不同的方法和手段分析和處理信息。本實驗利用宏觀量的測量推算微觀量，有利于培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)意識，深化學(xué)生對分子大小的認(rèn)識，提高實驗技能。學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)知道物質(zhì)是由大量分子組成的。分子肉眼不可見，生活中的現(xiàn)象表明分子很小，不同分子的大小不同。學(xué)生已經(jīng)了解測量微小量的物理方法，比如螺旋測微器原理測量一張紙的厚度、用纏繞法測量一根鐵絲的直徑等。教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生喚起對過往經(jīng)驗的記憶，體會并掌握用宏觀量測量微觀量的思想方法。教學(xué)目標(biāo)1.知道物體是由大量分子組成的，進一步明確物質(zhì)觀念。2.基于經(jīng)驗事實抽象概括出單分子油膜模型，體會測量微觀量的思想和方法。3.通過油膜法估測油酸分子的大小，經(jīng)歷“實驗設(shè)計、現(xiàn)象分析、儀器使用”的過程，體會估測法的巧妙。教學(xué)重難點教學(xué)重點：體會用宏觀量推算微觀量的物理方法，理解油膜法估測分子大小原理，測量分子大小的數(shù)量級教學(xué)難點：規(guī)范實驗操作教學(xué)方法：講授法、分組實驗、對話教學(xué)教學(xué)資源1、實驗器材（1）演示實驗器材：塑料淺水盆3個、注射器2支（1支裝純油酸、1支裝油酸酒精溶液）、痱子粉、水、培養(yǎng)皿1個；（2）學(xué)生實驗器材：“用單分子油膜法估測分子的大小”實驗器材淺盤、帶有方格的透明蓋板、注射器、油酸酒精溶液、痱子粉、水彩筆、培養(yǎng)皿、水。2、媒體資源（1）自制課件（2）希沃白板投屏教學(xué)過程課堂引入提出問題：在沒有螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的前提下，如何測量一顆綠豆的直徑呢？學(xué)生活動：小組討論，展示組內(nèi)方法。設(shè)計意圖：通過實際問題引導(dǎo)學(xué)生回憶測量微小量的方法。通過測定容易的測量的較大量推算不容易測量的較小的量的方法，為估測分子直徑的實驗提供有益的啟發(fā)。新課教學(xué)【實驗設(shè)計】師：分子十分微小。以水為例，一個直徑為103mm左右的水珠，它的大小與細(xì)菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍！通過什么途徑可以知道分子的大小呢？本節(jié)課我們就來估算油酸分子的大小。思考：為什么選擇油酸作為實驗材料？油酸分子的羧基COOH對水有很強的親和力；而C17H33具有疏水性，油酸分子會直立在水面上形成單分子油膜。油酸分子視為一個個小球，小球的直徑等于油酸分子的大小。問題1：思考估測油酸分子大小的實驗思路？學(xué)生思考回答。把一滴油酸滴在水面上，油酸在水面上形成油膜，認(rèn)為其是單分子層，且把分子看成球形，則油膜的厚度就是油酸分子的直徑d，測出油膜的面積S，則油酸分子的直徑為d=V/S?！狙菔緦嶒?】將一滴純油酸滴入水中，大家觀察現(xiàn)象?？吹揭粔K厚厚的油花，引導(dǎo)學(xué)生改進實驗，學(xué)生想到用酒精稀釋，配制油酸酒精溶液?！狙菔緦嶒?】將一滴稀釋后的油酸酒精溶液滴入水中，大家觀察現(xiàn)象。學(xué)生看不清現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)改進，得出在水面上撒上一層痱子粉。【演示實驗3】將一滴油酸酒精溶液滴入撒有痱子粉的水中，大家再觀察現(xiàn)象。能清晰的看到油膜的輪廓。設(shè)計意圖：通過層層遞進的問題設(shè)置及演示實驗，讓學(xué)生找出問題并加以改進，體會實驗探究的過程。問題2：簡要說明估算油酸分子的大小時做出了怎樣的簡化？學(xué)生根據(jù)測量綠豆直徑的方法得出實驗思路，并建立理想化模型，將油酸分子簡化成球形分子，把滴在水面上的油酸層當(dāng)作單分子油膜層，油酸分子一個緊挨一個整齊排列。問題3：如何測量一滴油酸溶液中油酸的體積？.配制油酸酒精溶液，取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液。用注射器取1mL的溶液，緩慢推動活塞，使溶液一滴滴滴出，各滴溶液體積保持相同，共N滴。算出一滴油酸酒精溶液的體積，然后乘以溶液濃度就為一滴純油酸的體積。問題4：油膜的形狀不規(guī)則，如何測量油膜的面積？描繪出油膜輪廓后，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù),不足半個的舍去,多于半個的算一個。油膜面積等于正方形面積乘以正方形個數(shù)。【學(xué)生分組實驗】學(xué)生親自動手實驗，體會實驗過程。教師小組指導(dǎo)，提高實驗成功率?！緮?shù)據(jù)處理】將數(shù)據(jù)填入學(xué)案表格，利用excel表格處理數(shù)據(jù)，得出油酸分子直徑的數(shù)量級。（油酸酒精溶液濃度為0.2%，大格子面積為1cm2,小格子面積為0.25cm2)學(xué)生將1ml油酸酒精溶液的滴數(shù)、輪廓中大格子數(shù)、小格子數(shù)填入事先編輯好的表格，得出分子直徑的數(shù)量級為109m。教師點評，由于油酸分子屬于有機大分子，所以分子直徑要比普通分子大一些，數(shù)量級為109m。由于本實驗為估算油酸分子的大小，所以肯定存在誤差，引導(dǎo)學(xué)生思考實驗過程中可能存在哪些誤差。【誤差分析】1、油酸酒精溶液配制后長時間放置，酒精的揮發(fā)會導(dǎo)致溶液的濃度改變，從而給實驗帶來較大的誤差。2、測量油酸酒精溶液的體積時，沒有使用正確的觀察方法而產(chǎn)生誤差。3、油滴的體積過大，同時水面面積過小，不能形成單分子油膜。4、描繪油膜形狀的畫線誤差。5、利用小正方形個數(shù)計算輪廓的面積時，輪廓的不規(guī)則性容易帶來誤差。6、不考慮油酸分子的空隙，計算分子直徑的誤差。學(xué)生進行分析，老師補充。鍛煉學(xué)生分析問題的能力。為了盡可能減小實驗誤差，學(xué)生思考實驗過程中應(yīng)該注意哪些問題。【注意事項】1、實驗前，必須把所有的實驗用具擦洗干凈，實驗時吸取油酸、酒精和溶液的移液管不能混用，否則會增大誤差，影響實驗結(jié)果。2、待測油酸擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，擴散后又收縮有兩個原因：一是水面受油酸酒精溶液液滴的沖擊凹陷后又恢復(fù)；二是酒精揮發(fā)后液面收縮。3、本實驗只要求估算分子大小，實驗結(jié)果的數(shù)量級符合要求即可。4、爽身粉不宜撒得過厚，油酸酒精溶液的濃度要適宜。5、向水面滴油酸酒精溶液時，應(yīng)靠近水面，不能離水面太高，否則油膜輪廓難以形成。學(xué)生進行分析，老師補充。實驗過程固然重要，而物理思想和物理方法也非常重要，進一步讓學(xué)生總結(jié)本節(jié)課用到的物理思想和方法?！疚锢硭枷肱c方法】學(xué)生回答：模型建構(gòu)思想、間接測量法、估算法、累計放大法?！緦W(xué)以致用】1、用油膜法估測油酸分子的大小”實驗，有兩個非常巧妙的設(shè)計，請你借鑒這兩個設(shè)計思路，完成以下實驗:（1）現(xiàn)需要在一個燒杯中倒入0.01g食鹽供以后做實驗用，但現(xiàn)有的電子秤最小只能稱1g的質(zhì)量，怎么辦?請定量地具體說明操作的步驟。（2）有一小捆粗細(xì)均勻的細(xì)鐵絲，要較精確地測量細(xì)鐵絲的橫截面積，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣測量?說出所需的器材和測量方法。答案：1、(1)操作步驟：①將量筒放在電子秤上，記下示數(shù)；②在量筒中加入食鹽，使電子秤的示數(shù)增加5g；③取下量筒，向量筒中加水，直到溶液體積為500mL；④用滴管取1mL食鹽水溶液滴入燒杯；(2)器材：量筒、水、10根(其他數(shù)量也可)長度相同的細(xì)鐵絲、刻度尺。測量方法：①向量筒中倒入適量的水，讀取示數(shù)V1②將10根長度相同的細(xì)鐵絲放入量筒中，完全被水浸沒，讀取示數(shù)V2③取出細(xì)鐵絲，用刻度尺測出一根細(xì)鐵絲的長度L④每根細(xì)鐵絲的橫截面積為S=（V?V1）/10L⑤對燒杯加熱，將水燒干，即得到0.01g食鹽。2、在做“用油膜法估測分子大小”的實驗時，油酸酒精溶液的濃度為每1000ml，溶液中有純油酸1ml，用注射器測得1mL上述溶液有200滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，測得油酸膜的近似輪廓如圖所示，圖中正方形小方格的邊長為1cm。（計算結(jié)果用國際單位制表示）（1）每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是___________（2）油酸膜的面積是___________（3）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是___________（4）某同學(xué)得到的油酸分子直徑的計算結(jié)果明顯偏小，可能是由于（）A油酸未完全散開B油酸酒精溶液中含有大量酒精C計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格D在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液時，滴數(shù)多數(shù)了10滴答案：5×1012m34×103m21.25×109mD【課堂小結(jié)】一、實驗思路①把滴在水面