人教版高二教材中,將“用油膜法估測分子大小”安排為學(xué)生分組實驗。
實驗器材:盛水方盤、注射器(或膠頭滴管)、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉、酒精油酸溶液、量筒。
實驗步驟:
(1)方盤中盛適量的水(約2cm深),使水處于平靜狀態(tài);
(2)用注射器取事先配好的酒精油酸溶液,逐滴滴入量筒,記下量筒中1ml溶液所需加入溶液的滴數(shù);
(3)將痱子粉薄且均勻地撒在盛水方盤中的水面上;
(4)用注射器靠近水面將一滴酒精油酸溶液輕輕滴在水面上;
(5)待油酸膜的面積穩(wěn)定后,把玻璃板放在方盤上,用筆描出油酸膜的形狀;
(6)將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,算出油膜的面積s;
(7)計算油膜厚度d,即分子直徑。
根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗,要學(xué)生獨立地在一節(jié)課內(nèi)完成這個實驗難度很大。一些學(xué)校把它改成演示實驗,其效果也很差。
在實驗步驟中,主要技術(shù)難題就是第(3)步,教材中說把痱子粉均勻撒在水面上,但沒有給出具體的方法。實驗教師想了很多具體的辦法:如有的教師在痱子粉盒蓋上用針鉆出一些小孔,然后用手拿盒輕輕向下敲擊,痱子粉就撒在水面上;又如自制石松粉(痱子粉)分散器:在筒蓋上鉆一個大孔,在筒口和筒蓋之間夾一塊紗布,倒立輕輕敲擊,這樣痱子粉(或石松粉)就撒在了水面上等等方法。
這些方法都存在兩個問題:一是若學(xué)生撒多了怎麼辦?二是學(xué)生撒得不均勻怎麼辦?在具體做實驗時,若學(xué)生出現(xiàn)了上面兩個問題,只能將水和粉末一起倒掉,重新撒痱子粉。這一項工作可能多次都不能成功,導(dǎo)致實驗的失敗。
我們經(jīng)過多年的實驗探索,終于從根本上解決了這個技術(shù)難題,那就是不再使用痱子粉、石松粉或者滑石粉,而是用激光打印機印刷使用后的廢碳粉。因為印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上。若學(xué)生撒得太多,可將水和碳粉一起倒出一些,給其他組,然后用玻璃棒攪拌,直至碳粉在水面薄且均勻即可;若學(xué)生撒得不均勻,直接用玻璃棒攪拌均勻即可。這樣一來,學(xué)生一次就能輕松完成“均勻地將碳粉撒在盛水方盤中”這一步,為完成這一實驗解決了80%的技術(shù)難題。其次激光打印碳粉浮在水面上穩(wěn)定性好,且滴上酒精油酸液后所形成圖形較圓,計算油酸分子的面積較方便。再次每一個班用完后,由我們教師用過濾的方法把水和油酸分離出去,這些碳粉還可以重新利用。
經(jīng)過多次實驗,不但激光打印機印刷使用后的廢碳粉可用,木碳粉和廢舊電池中的碳棒碾成粉末也可。并且經(jīng)過查資料激光打印機印刷使用后的廢碳粉對眼睛有影響,廢舊電池中的碳棒碾成粉末對環(huán)境有污染,特別是木碳粉價廉物美,市場價兩元一斤,到處都能買到,又無污染是最理想的材料,我們這次二十幾個班都是用的木碳粉代替原來的痱子粉實驗,效果非常好。由于碳粉是黑色粉末,水又是無色,因此盛水方盤若用白色塑料制成效果會更佳。
用油膜法估測分子的大小實驗中痱子粉的替代物--碳粉,它不僅解決了實驗的技術(shù)難題,還變廢為寶,為學(xué)校節(jié)約了實驗經(jīng)費,更重要的是激發(fā)了學(xué)生積極探索科學(xué)的興趣。
采用新方法后,學(xué)生在一次實驗中,測量油膜分子的直徑大小為8.00×10-10m。與課本上的結(jié)論基本一致,學(xué)生做起來也很容易,而且誤差比用痱子粉小,達(dá)到了開設(shè)此實驗的目的。
參考文獻(xiàn):
[1]全日制普通高級中學(xué)教科書(必修加選修)《物理》第二冊,人民教育出版社物理室編著
[2]葉桂華.《物理教師》2006年第9期《用油膜法測分子大小實驗的探討》
(欄目編輯王柏廬)