实验“用油膜法估测分子大小”的改进研究

闵一恒 张建民

【摘要】介绍了“用油膜法估测分子大小”实验中，对撒粉、滴液控制和油膜面积计算等三方面的改进方法。

【关键词】油膜法 估测分子大小 物理实验 教学改进

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）48-0144-01

1.实验改进策略

本实验是学生第一次进入微观世界进行学习，兴趣比较浓厚，但学生思维的活跃程度、发散程度不高，实验操作能力较低给教学带来不小的困难[1]。这就要求教师要结合实验过程，采用学生更容易接受的方式；紧密联系生活，激发学生学习知识和实践应用的兴趣；通过分析总结出导致实验系统误差偏大的问题并加以改进，让学生进一步理解把微小的物理量转化为易于测量的物理量的方法[2]。

2.实验原理及问题分析

油酸的分子式为C17H33COOH，它的一部分是羧基（—COOH），对水有很强的亲合力，另一部分（C17H33）对水没有亲合力，因此油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜。实验就是通过油膜的总面积来估算油酸分子的直径，需要解决的问题有两个：一是获得很小的一滴油滴并测出其体积；而是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积。

但在实际操作中，学生操作的不熟练导致实验结果不理想，经过观察总结出以下问题：

（1）撒粉问题

没有具体地说明撒粉方法，学生在实验时往往易把粉末撒得过厚、不均匀，导致滴入酒精油酸溶液后，不能形成单分子层油膜，学生缺乏实验训练，不能精确地完成撒粉和滴液过程。

（2）控制滴液问题

靠手感控制注射器或滴管滴定液滴，学生在操作时难以把握，易造成多滴甚至成液线的情况。

（3）油膜面积计算问题

通过数玻璃板上的方格数，算出油膜面积S，方格过小，易出错，导致结果误差大。

总的来说，这些问题一方面影响到了教学任务的完成，另一方面打击了学生学习物理的积极性，因此要结合学生当前的兴趣特点及知识技能水平针对这三方面对实验进行改进。

3.实验改进

（1）撒粉问题

针对这个问题，采用透明塑料筒（筒盖直径在2～4cm范围内），如广口的饮料瓶，内盛干燥石膏粉（或痱子粉）后，筒盖中心取略小于盖的大孔，在筒口和筒盖之间夹一块轻质纱布。将筒倒立并轻轻敲击筒底，撒粉时要让粉膜面积不超过浅水盘的一半[3]。也就解决了石膏粉要薄而均匀地被撒在浅水盘的水面上操作难度大的问题，同实验所采用器具都是从生活中提取出来的，拉近物理实验与生活的距离。

（2）控制滴液问题

用滴管（注射器）抽取1mL浓度为1‰的酒精油酸溶液，把滴管的活塞往上拉至侧面孔的上方，使管内液面跟管外的大气相通，管内溶液在重力和大气压的作用下，通过针孔形成自由滴[4]，滴液间隔时间约3s。先在水槽旁竖立滴管试滴4～5滴，然后大致匀速移到浅水盘水面中央上方（距水面1～2cm）滴入一滴溶液，便迅速移开滴管，此时可看到粉膜迅速向四周散开，而后回缩一些，最后在粉膜中央形成一块形状不规则的单分子层油膜。

把上一步操作中的滴管放在量筒上（选取恰能撑起注射器不至于落入量筒），量筒盛接下滴的溶液，仔细观察滴管内的液面，当液面在某一刻度线上时（如a mL），开始计滴数，直至液面降到另一刻度线（如b mL），记下总滴数N和相应溶液体积V=a-b，然后用V0=V/N×1‰计算出一滴酒精油酸溶液中所含油酸的体积。

针对改进前的滴液问题，这样的改进简化了实验的动手操作，让学生认识到对实验步骤的改进可以避免人为误差的因素。

（3）油膜面积计算问题

针对这个问题，采用拍照法，巧妙规避人工数格帶来的费时、误差大的问题。对根据油膜轮廓画好的玻璃板进行拍照，分别对玻璃板和油膜轮廓进行选取，得到两者的像素，由此就能得到油膜面积占总面积的百分比，只要再测得玻璃板的面积，通过计算就能得到比较准确的油膜面积。这一改进不仅吸引了学生的探知热情，更是让学生直观体验了如何将科学技术应用到物理实验改进当中。

4.总结

基于对教材的分析以及对学生学习情况的了解，提出具体的改进策略，使得实验改进不再为改进而改进，而是要结合学生的学习兴趣、生活经验和认知水平，为实验的改进指出明确的方向。实验“油膜法估测分子大小”是学生第一次进入微观世界进行学习的必要过程，通过对实验的改进，减小实验系统误差，增加实验的趣味性和探索性。

参考文献：

[1]丁丽娟.《单分子油膜法估测分子的大小》教学设计[J].物理教学探讨，2014，（6）：73.

[2]吴强.用油膜法估测分子大小实验中的科学方法——例谈在实验教学中显性进行科学方法教育[J].中学物理教学参考，2013，42（09）：57-58.

[3]陈征燕.如何做好“用油膜法估测分子的大小”实验[J].物理实验，2002，22（7）：32-33.

[4]朱向阳，施国富. “用油膜法估测分子的大小”的几点做法[J]. 中国教育技术装备，2006，（06）：30-33.

作者简介：

闵一恒（1992-），男，陕西西安人，2016级在读硕士研究生，研究方向是中学物理教学。

张建民（1959-），博士，陕西师范大学物理学与信息技术学院教授，博士生导师，研究方向包括原子与分子物理和中学物理教育。