人教版（2019）高中物理选修性必修第三册第1章第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小

人教版物理选择性必修3第1章第2节教学设计

课题实验：用油膜法估测油酸分单元1学科物理年级高二

子的大小

物理观念：理解分子模型，知道分子直径的数量级。

学习科学思维：学会用油膜法估测分子大小。

目标科学探究：能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。

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。

重点用油膜法估测油酸分子的大小的原理

难点实验操作、数据处理

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课阅读课文,回答以下问题:

1、这里所说的分子与化学中所说的分子有何

不同?引入新课内容，

2、怎样才能观察到分子的排布?阅读课本类比求乒乓球直

3、怎样才能知道分子的大小呢?径的方法。

4、如何求解分子直径呢？

讲授新课为了估测油酸分子的大小，我们把1滴油酸滴

在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层

油酸分子(C17H33COOH)中的烃基C17H33-组成了解油酸分子为接下来讲解油

的。尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间油膜的特性。膜法求解分子直

也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化径的做铺垫。

为球形处理,并认为它们紧密排布(如图)。测出油膜

的得度d,它就相当于分子的直径。

思考1：如何形成单分子油膜？

实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分

学生阅读课让学生掌握获得

子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水

本，思考讨论单分子油膜的方

中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精

如何若获得单法。

将溶于水并很快挥发,从而获得纯油酸形成的油膜。

分子油膜。

思考2：如何用配制好的油酸酒精溶液计算出

油酸滴的体积V？

思考讨论，怎掌握减小误差的

样测量才能减常见方法，让学

小误差。生形成用物理思

维解决问题的方

如图A所示，用注射器或滴管将事先配制好的式。

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(例如1mL)时的滴数．计算出每滴液

滴体积的平均值。

思考3：如何测量水面上漂浮的油膜的表面

积？

讨论计算油膜让学生掌握互补

面积的可靠方法计算油膜面积

法，并讨论如的方法，不足一

何若减小误格的不计算，超

差。过半格的记为一

如左图所示，用滴管将一滴油酸溶液轻轻滴

格。

入水面中央，待油膜形状稳定后，在浅盘上盖上塑

料盖板，用彩笔描出油膜的边缘轮廓，如右图所示。

将画有油酸薄膜轮廓的塑料板放在坐标纸上，

算出油酸薄膜的面积S。

思考4：请结合教材内容总结实验步骤。

学生结合前面让学生在实验过

的思考问题总程中总结实验需

结实验步骤，要注意的事项，

并根据组内讨提升学生科学探

论的实验步骤究的能力。

进行实验，并

（1）数滴：配制溶液（稀释）后、精测一滴

总结实验中的

液体体积，用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒

注意事项。

精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一

定体积(例如1mL)时的滴数．计算出每滴液滴体积

的平均值。

（2）撒粉：水盘取水，撒痱子粉

（3）滴油：滴一滴溶液形成单层表面薄膜

（4）划线：描油膜形状

（5）数格：数格数，计算油膜面积

（6）计算：求分子直径

请同学们根据实验步骤完成实验。

思考5：请结合本小组的实验过程，思考本实

学生通过注意提高学生的反思

验有哪些注意事项？

事项梳理自己能力，帮助学生

（1）油酸酒精溶液不宜长时间放置；确保容

的实验过程。形成坚持实事求

器器壁洁净。

是的科学态度。

（2）量取1mL油酸酒精溶液后计量滴数时应

尽量使每滴大小相同。

（3）往水面上撒痱子粉要适量、均匀。

（4）滴油时针头离水面1cm左右；不要一下

滴得太多，使油膜的面积过大。

（5）油膜稳定后再描线，视线应与油膜垂直。

（6）利用坐标纸求油膜面积时，以边长为1cm

的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，大

于半个的均算一个。

思考6：请结合本小组的实验数据，思考本实

思考产生

验的误差原因都有哪些？误差的原因。可分分析实验，

（1）形成的油膜不是单分子油膜提高科学素养，

让油膜尽可能散开，等收缩到稳定状态再进行培养学生严谨的

测量。要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜科学态度。

等。

（2）纯油酸体积的计算误差

要用累积法测油滴的体积。先测出1mL的酒精

油酸溶液的滴数，从而计算出一滴酒精油酸溶液的

体积。再由油酸的浓度算出油酸的体积。

（3）油膜的面积S测算产生的误差

①油膜形状画线误差：用浅盘使玻璃尽量靠近

液面，画线尽量和油膜边缘对应。

②数格子法，带来的误差

用坐标纸，测出形状不规则油膜的面积。数出

不规则图形的轮廓包围的方格数，计算方格数时，

不足半格的舍去，多于半格的算一个，方格边长的

单位越小，用这种方法求出的面积越精确。

课堂练习1：将1cm3的油酸溶于酒精，制成

200cm3的油酸酒精溶液．已知1cm3溶液有50滴，加强对前

一滴滴到水面上，酒精溶于水，油酸形成一单分子面的知识点的

理解。

层，其面积为0.2m2.由此可知油酸分子大约为多

少？提高学生对问题

解：一滴油酸酒精溶液含油酸体积：的分析能力，锻

炼学生的科学思

维。

油酸分子直径约为：

拓展提高小球模型：在计算固体和液体分子大小时，可

把分子看成是一小球，小球紧密排列在一起（忽略理解分子常见

小球间的空隙）则：的模型。

油酸分子

d

水

44d1

vR3()3d3

3326

立方体模型：在计算气体分子大小时，把每个

分子和其占有的空间当作一个小立方体，气体分子

位于每个立方体的中心，这个小立方体的边长等于

分子间的平均距离。

dd

d

vd3

课堂练习2：已知水的摩尔体积是1.8×10-5

完成练习

m3/mol，每个水分子的直径是4×10-10m，设想

水分子是一个挨一个排列的，求1mol水中所含的

水分子数。

解：一个分子的体积：

巩固练习，帮助

4d

V()33.01029m3学生掌握知识点

32

1mol水中所含的水分子数：6.0×1023mol-1

课堂练习3：在做“用油膜法估测分子的大小”

实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中

有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液中有

液滴50滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待

水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描

出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形

状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20

mm，则：

(1)油膜的面积是多少？

(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积

是多少？

(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多

少？

解：(1)油膜轮廓包围的方格数约58个，则油酸膜

的面积

S＝58×(20×10－3)2m2＝2.32×10－2m2.

16

(2)每滴溶液中含纯油酸的体积V＝×mL

50104

＝1.2×10－5mL＝1.2×10－11m3

V－

(3)油酸分子的直径d＝≈5.2×1010m.

S

课堂练习4：用油膜法估测油酸分子的大小，

实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精

溶液、最小刻度0.1mL的量筒、盛有适量清水的

45×50cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、

彩笔、坐标纸．

(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C.

A．用滴管将浓度为0.05%油酸酒精溶液一滴

一滴地滴入量筒中，记下滴入1mL油酸酒精溶液

时的滴数N

B．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴

管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水

面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的

面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n

C．____________________