1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小教学设计

第一章 分子动理论
第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
教学内容分析
《实验：用油膜法估测油酸分子的大小》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第3册“固体、液体和气体”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，估测油酸分子的大小。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：能用“油膜法估测分子的大小”的实验来估测油酸分子的大小，体会和掌握测量微观量的思想方法，能利用不同的方法和手段分析和处理信息。
本实验利用宏观量的测量推算微观量，有利于培养学生的模型建构意识，深化学生对分子大小的认识，提高实验技能。教材以“实验思路”“物理量的测量”“数据分析”三个问题展开，论述实验思路，引导学生建立单分子油膜模型，设计实验方案。
学情分析
学生已经知道分子是组成物体的最小单元，并了解分子的热运动和分子间作用力特点。分子的大小数量级问题是研究分子的重要问题，分子肉眼不可见，生活中的现象表明分子很小，不同分子的大小不同。学生已经了解测量微小量的物理方法，比如螺旋测微器原理和测量一张纸的厚度、用缠绕法测量一根铁丝的直径。教学要引导学生唤起对过往经验的记忆，体会并掌握用宏观量测量微观量的思想方法。
教学目标
1.学生知道用分子的球形建立水面上油酸的单分子油膜的模型，理解用单分子用墨测量油酸分子直径的公式d= .
2.学生能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜的面积.
3.学生能对测量的数据进行综合分析和计算，得到油酸分子的直径的数量级。
4.学生通过实验过程，体会用宏观量测量微观量的模型计算方法。
教学重难点
教学重点：体会用宏观量推算微观量的物理方法、油膜法估测分子大小原理、分子大小的数量级
教学难点：规范实验操作
教学方法：讲授法、分组实验、对话教学
教学过程
课堂引入
提出问题：如何测量一根细铁丝的直径？没有螺旋测微器和游标卡尺。
设计意图：通过实际问题引导学生回忆测量微小量的方法。将细铁丝密绕在直杆上N圈，测量长度l，铁丝直径d= 。通过测定容易的测量的较大量推算不容易测量的较小的量的方法，为估测分子直径的实验提供有益的启发。
新课教学
师：本节课我们利用类似方法估算油酸分子的大小。
问题1：为什么选择油酸作为实验材料？
油酸分子的羧基-COOH对水有很强的亲和力；而C27H55-具有疏水性，油酸分子会直立在水面上形成单分子油膜。油酸分子视为一个个小球，小球的直径等于油酸分子的大小。
问题2：只有水面足够大，油酸才能形成单分子油膜。实验室中水槽面积有限，如何解决这个问题？
配制油酸酒精溶液
问题3：如何测量一滴油酸溶液中油酸的体积？
配制一定浓度的油酸酒精溶液，浓度为α。用注射器取1mL的溶液，缓慢推动活塞，使溶液一滴滴滴出，各滴溶液体积保持相同，共N滴。那么一滴溶液中纯油酸体积V=
问题4：油膜的形状不规则，如何测量油膜的面积？
描绘出油膜轮廓后，数出轮廓范围内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。油膜面积等于正方形面积乘以正方形个数。
问题5：实验应如何操作？
教师播放实验视频，学生观看视频了解实验操作方法。
总结实验注意事项：
1.实验前，实验用具必须擦洗干净，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用。
2.痱子粉和油酸用量不宜太大，否则不易成功。
3.油酸酒精溶液浓度小于0.1%为宜，不能长时间放置。
4.浅盘中的水离盘口距离要较小，要水平放置，便于准确描画油膜形状。画线时视线要与玻璃板面垂直。
5.撒痱子粉后，不要触动盘中的水；玻璃板要轻放在浅盘上方。
6.滴管靠近液面中心处，轻轻滴下一滴油酸溶液。
数据举例：在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL.用注射器测得58滴这样的溶液为1mL.把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为1cm。
(1)1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积是多少？
(2)油膜的面积是多少？
(3)按以上数据，估算油酸分子的大小。
总结：用不同方法测量分子的大小，得到的结果略有差异，但数量级相同：
分子大小数量级为10-10m 10-10m=1 （读作埃）=0.1nm
课堂小结：
本节课你有哪些收获？学习了哪些方法？还有什么困惑？
学生活动：学生总结本节课内容，教师对学生的总结补充完善。
板书设计
2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验目的
二、实验原理
三、数据处理
1.油酸体积V
2.油膜面积S
四、实验步骤
五、实验结论
分子大小 10-10m
六、误差分析
教学反思
讲清楚油酸分子的特性和建立的物理模型对于理解实验原理至关重要。高中生长期的学习总是执着于算出具体的数值，甚至认为小数点后越多越准确，教学要纠正学生的错误认识。油酸分子的大小和单个原子的大小虽然不一样，但是数量级是一样的。给学生讲明这一点，让学生理解物理学的重要方法——学会估算数量级。该实验大多数学校不具备实验条件，可以从网上寻找实验录像让学生观看，能让学生学习实验的规范操作。