人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小优秀教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小优秀教学设计，共8页。教案主要包含了实验思路，物理量的测量，数据分析，误差分析与注意事项，实验结论，误差分析和注意事项等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
1.2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
物理观念：理解分子模型，知道分子直径的数量级。
科学思维：通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
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：通过油膜法测分子直径应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
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
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3 mm 左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍！
提问：那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢？下面我们通过一个实验来估测分子的大小？
学生观看课件并思考
引入新课内容，激发学生好奇心
新课教学
一、实验思路
（一）理想建模
在用油膜法测定分子的直径时，实际上:
①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层。
②把分子看成球形。
③油分子一个紧挨一个整齐排列;
因此，要估测油酸分子的直径，就要解决两个问题:一是获得很小的一小滴油酸并测出其体积；二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积。
模型处理
①模型化:把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层.
②理想化:把分子看成球形,油分子一个个紧挨着整齐排列，认为油膜的厚度就是分子的直径。
③估算d=VS
实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。
观看实验视频
学生思考，在老师协助下建立物理模型。
为接下来讲解油膜法求解分子直径的做铺垫。
加深学生对新模型的理解化记忆。
二、物理量的测量
（一）测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
⑴配制油酸溶液（稀释）：用注射器吸取体积为V1的油酸，注入一定体积的量筒中，加入无水酒精至体积V2刻度线，充分搅匀后得到体积比（浓度）为V1V2的油酸酒精溶液。
⑵测量一滴油酸溶液的体积（分割）：
用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，记下液滴的总滴数n和它们的总体积V3，则一滴油酸酒精溶液的体积为V3n。
⑶求出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V


测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S
⑴在浅盘里盛上水，将爽身粉（痱子粉或细石膏粉）均匀地撒在水面上。
⑵用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液。
⑶油酸立即在水面散开，形成一块油膜，油膜上没有爽身粉（痱子粉或细石膏粉），可以清楚地看出它的轮廓。
⑷待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状。
（三）互补法求面积
根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算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。
正方形的个数N乘单个正方形的面积s0就得到油膜的面积S=S0N
思考讨论，怎样测量才能减小误差。
思考讨论，怎样测量才能减小误差。
讨论计算油膜面积的可靠方法，并讨论如何若减小误差。
掌握减小误差的常见方法，让学生形成用物理思维解决问题的方式。
掌握减小误差的常见方法，让学生形成用物理思维解决问题的方式。
让学生掌握互补法计算油膜面积的方法，不足一格的不计算，超过半格的记为一格。
三、数据分析
d——单分子油酸的直径
V——1滴油酸分子的体积
S——1滴油酸分子的面积
大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10-10 m。
分子直径数量级1Å=10-10m Å→埃 （1nm=10-9m）
（除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m，一般分子的质量的数量级为10-26kg）
钨原子
水分子
氢分子
我们头发的直径约是900nm。
分子的数量级很小，说明分子很小
利用实验数据，计算分子直径，加强对前面的知识点的理解。
提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。
四、误差分析与注意事项
1、误差分析
(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。
(2)测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的观察方法而产生误差。
(3)油酸的体积过大，或水面面积过小，不能形成单分子油膜。
(4)描绘油膜形状的画线误差。
(5)利用小正方形数计算油膜的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。
(6)不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差。
2、注意事项
① 实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。
② 油酸酒精溶液配置好后不要久置，以免浓度改变，给实验带来较大的误差。
③ 向水面滴油酸酒精溶液时，注射器应靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜。
④ 待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发和溶于水后液面收缩。
⑤本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。
⑥ 做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦净，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。
小试牛刀
【例题】用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是________________________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以_________________
_____________________________________________________________________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是_____________________。
答案：使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜；把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积；单分子层油膜的面积
【例题】在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL溶液中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字)
(1)油酸薄膜的面积是__________________m2;
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是____________________m3;
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是________m(结果保留两位有效字);

答案：4.0×10-3 ；2.5×10-12；6.3×10-10
思考产生误差的原因。
学生结合前面的思考问题总结实验步骤，并根据组内讨论的实验步骤进行实验，并总结实验中的注意事项。
完成练习
可分分析实验，提高科学素养，培养学生严谨的科学态度。
让学生在实验过程中总结实验需要注意的事项，提升学生科学探究的能力。
巩固练习，帮助学生掌握知识点
课堂总结
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
1.2 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、误差分析和注意事项
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
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。