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用碳粉做“油膜法估测分子大小”实验

时间:2022-10-28 20:10:09 来源:网友投稿

人教版高二教材中,将“用油膜法估测分子大小”安排为学生分组实验。

实验器材:盛水方盘、注射器(或胶头滴管)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、酒精油酸溶液、量筒。

实验步骤:

(1)方盘中盛适量的水(约2cm深),使水处于平静状态;

(2)用注射器取事先配好的酒精油酸溶液,逐滴滴入量筒,记下量筒中1ml溶液所需加入溶液的滴数;

(3)将痱子粉薄且均匀地撒在盛水方盘中的水面上;

(4)用注射器靠近水面将一滴酒精油酸溶液轻轻滴在水面上;

(5)待油酸膜的面积稳定后,把玻璃板放在方盘上,用笔描出油酸膜的形状;

(6)将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油膜的面积s;

(7)计算油膜厚度d,即分子直径。

根据多年的教学经验,要学生独立地在一节课内完成这个实验难度很大。一些学校把它改成演示实验,其效果也很差。

在实验步骤中,主要技术难题就是第(3)步,教材中说把痱子粉均匀撒在水面上,但没有给出具体的方法。实验教师想了很多具体的办法:如有的教师在痱子粉盒盖上用针钻出一些小孔,然后用手拿盒轻轻向下敲击,痱子粉就撒在水面上;又如自制石松粉(痱子粉)分散器:在筒盖上钻一个大孔,在筒口和筒盖之间夹一块纱布,倒立轻轻敲击,这样痱子粉(或石松粉)就撒在了水面上等等方法。

这些方法都存在两个问题:一是若学生撒多了怎麽办?二是学生撒得不均匀怎麽办?在具体做实验时,若学生出现了上面两个问题,只能将水和粉末一起倒掉,重新撒痱子粉。这一项工作可能多次都不能成功,导致实验的失败。

我们经过多年的实验探索,终于从根本上解决了这个技术难题,那就是不再使用痱子粉、石松粉或者滑石粉,而是用激光打印机印刷使用后的废碳粉。因为印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上。若学生撒得太多,可将水和碳粉一起倒出一些,给其他组,然后用玻璃棒搅拌,直至碳粉在水面薄且均匀即可;若学生撒得不均匀,直接用玻璃棒搅拌均匀即可。这样一来,学生一次就能轻松完成“均匀地将碳粉撒在盛水方盘中”这一步,为完成这一实验解决了80%的技术难题。其次激光打印碳粉浮在水面上稳定性好,且滴上酒精油酸液后所形成图形较圆,计算油酸分子的面积较方便。再次每一个班用完后,由我们教师用过滤的方法把水和油酸分离出去,这些碳粉还可以重新利用。

经过多次实验,不但激光打印机印刷使用后的废碳粉可用,木碳粉和废旧电池中的碳棒碾成粉末也可。并且经过查资料激光打印机印刷使用后的废碳粉对眼睛有影响,废旧电池中的碳棒碾成粉末对环境有污染,特别是木碳粉价廉物美,市场价两元一斤,到处都能买到,又无污染是最理想的材料,我们这次二十几个班都是用的木碳粉代替原来的痱子粉实验,效果非常好。由于碳粉是黑色粉末,水又是无色,因此盛水方盘若用白色塑料制成效果会更佳。

用油膜法估测分子的大小实验中痱子粉的替代物--碳粉,它不仅解决了实验的技术难题,还变废为宝,为学校节约了实验经费,更重要的是激发了学生积极探索科学的兴趣。

采用新方法后,学生在一次实验中,测量油膜分子的直径大小为8.00×10-10m。与课本上的结论基本一致,学生做起来也很容易,而且误差比用痱子粉小,达到了开设此实验的目的。

参考文献:

[1]全日制普通高级中学教科书(必修加选修)《物理》第二册,人民教育出版社物理室编著

[2]叶桂华.《物理教师》2006年第9期《用油膜法测分子大小实验的探讨》

(栏目编辑王柏庐)

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