“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)是高中物理新增加的一個(gè)唯一運(yùn)用宏觀的測(cè)量求微觀量的分組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)因涉及的材料多，環(huán)節(jié)多，受多方面因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與參考值相差懸殊的情況，使學(xué)生茫然不知所措。筆者通過(guò)多年的研究，注意到做好該實(shí)驗(yàn)必須要處理好幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)原理

油酸的分子式為 ，其中一部分是憎水的烴鏈 ，另一部分是親水的羥基-COOH，往水中滴一滴按一定比例配制的油酸與酒精的混合液，它很快在水面形成單分子膜，若在水面上撒些粉劑，由于油酸的表面張力系數(shù)比水小，浮在液面上的粉劑就會(huì)在不平衡的表面張力作用下向外運(yùn)動(dòng)，直至離開(kāi)油酸膜為止。測(cè)出一滴油酸混合液中純油酸的體積V和單分子膜的面積S，則單分子膜的厚度即為油酸分子直徑L=V/S。

2 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

⑴藥品選用要高純度。如油酸用化學(xué)純以上純度；無(wú)水酒精分析純，含量≥99.7%。否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

⑵選擇好的粉劑。不同的粉劑因其吸水性、光滑度、粗細(xì)度和密度各異，直接影響著油膜的形成。粉末應(yīng)選用較細(xì)密度較大，灑在水中能明顯看到一層象毛玻璃一樣的粉膜的粉劑為好。這種粉劑有利于油膜形成較規(guī)則圓形和穩(wěn)定的圖案。相反，粉劑灑到水中后，明顯看到浮在水面的顆粒，這種粉劑難以形成穩(wěn)定圖案，效果較差。一般選用痱子粉、石膏粉、滑石粉等。

⑶采用1ml一次性注射器。它刻度細(xì)精度高，讀數(shù)誤差小。

⑷配制合適的油酸酒精溶液。許多參考資料都介紹了油酸酒精體積比例。如1∶200、1∶500、1∶1000等。實(shí)驗(yàn)證明，油酸與酒精比例不是固定不變的。它由粉的性質(zhì)、盤(pán)子規(guī)格、注射針頭共同決定。配制溶液采用邊試驗(yàn)邊比對(duì)方法確定。油酸濃度太大，即使用較小的5號(hào)針頭，一滴油酸溶液鋪成單分子膜的面積也會(huì)過(guò)大，需用的盤(pán)子太大，帶來(lái)操作不便等。油酸濃度越小，油酸形成單分子膜后，分子間的間隙越大，分子占據(jù)的面積越大，使得測(cè)量值遠(yuǎn)小于真實(shí)值。一般選用痱子粉、Ф30cm× 3cm的淺茶盤(pán)、1ml注射器配5號(hào)針頭時(shí)，油酸酒精體積比1∶200較為合適。

3 良好的操作方法

⑴正確的灑粉方法。灑粉的厚度以剛剛看不清盤(pán)子的底部為宜。粉膜過(guò)厚，厚薄不均勻都會(huì)容易導(dǎo)致不圓滑或粉膜斷裂或呈放射星狀。粉膜太薄容易造成油膜飄忽不定，分界不清，影響描圖和計(jì)測(cè)。灑粉時(shí)篩網(wǎng)（或用塑料瓶裝粉，用燒熱的大頭針在瓶蓋上從里向外扎滿(mǎn)小孔）最好距水面約20cm，輕拍篩網(wǎng)，落下的粉劑在重力作用下以波的傳播方式推動(dòng)前面的粉劑均勻地散到盤(pán)子四周。邊拍邊觀察粉的散狀，直至粉膜厚薄均勻，復(fù)蓋水面的4/5為止。如圖3所示。另外，灑粉要在盤(pán)里的水靜止和無(wú)風(fēng)時(shí)進(jìn)行。

⑵正確滴定。滴液時(shí)要控制好推活塞的力度。避免出現(xiàn)溶液從針頭中成線狀射出。這是出現(xiàn)最多的問(wèn)題。滴定時(shí)將雙手的肘部壓在桌面上，保持身體平衡，雙手握住注射器，母指壓活塞，食指稍用力靠住活塞增大摩擦不至于活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)快，用力均勻，使溶液緩慢滴出。針頭距水面

約1～２cm。若針頭過(guò)高滴液沖擊力太大，會(huì)推粉膜開(kāi)裂。用注射器抽取1ml定量油酸溶液時(shí)，要排盡針筒里的空氣，平視刻度讀取數(shù)字。另提醒實(shí)驗(yàn)過(guò)程自始至終都應(yīng)保持針體約處于同一角度或保持滴法一致，使每一滴液滴體積等大。

可用打點(diǎn)滴輸液器滴油酸溶液，不過(guò)所需時(shí)間較長(zhǎng)和用器材、溶液較多。

⑶正確描圖。為了描圖時(shí)減小視差，盤(pán)中水面盡可能接近玻璃板但不能接觸。眼要正視所描圖案，不要斜視。待油膜穩(wěn)定后，用深色水性筆將油膜圖案描出，描圖的準(zhǔn)確性與否影響計(jì)算油膜面積。

⑷實(shí)驗(yàn)后勿忘用洗潔凈把盤(pán)子上的油漬洗掉并沖干凈。

4 對(duì)測(cè)量值誤差的分析

總之，實(shí)驗(yàn)中若某一環(huán)節(jié)失誤必然影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。但只要通過(guò)引導(dǎo)，認(rèn)識(shí)和掌握上述幾種選擇與操作方法，實(shí)驗(yàn)成功率還是非常高的。

(欄目編輯王柏廬)

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