“用油膜法估測分子的大小”實驗中的幾個關鍵問題

“用油膜法估測分子的大小”實驗是高中物理新增加的一個唯一運用宏觀的測量求微觀量的分組實驗。實驗因涉及的材料多，環節多，受多方面因素的影響，往往會出現實驗結果與參考值相差懸殊的情況，使學生茫然不知所措。筆者通過多年的研究，注意到做好該實驗必須要處理好幾個關鍵問題。

1 實驗原理

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比水小，浮在液面上的粉劑就會在不平衡的表面張力作用下向外運動，直至離開油酸膜為止。測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 實驗前的準備工作

⑴藥品選用要高純度。如油酸用化學純以上純度；無水酒精分析純，含量≥99.7%。否則會影響實驗結果。

⑵選擇好的粉劑。不同的粉劑因其吸水性、光滑度、粗細度和密度各異，直接影響著油膜的形成。粉末應選用較細密度較大，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則圓形和穩定的圖案。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。它刻度細精度高，讀數誤差小。

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。實驗證明，油酸與酒精比例不是固定不變的。它由粉的性質、盤子規格、注射針頭共同決定。配制溶液采用邊試驗邊比對方法確定。油酸濃度太大，即使用較小的5號針頭，一滴油酸溶液鋪成單分子膜的面積也會過大，需用的盤子太大，帶來操作不便等。油酸濃度越小，油酸形成單分子膜后，分子間的間隙越大，分子占據的面積越大，使得測量值遠小于真實值。一般選用痱子粉、Ф30cm× 3cm的淺茶盤、1ml注射器配5號針頭時，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子的底部為宜。粉膜過厚，厚薄不均勻都會容易導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，影響描圖和計測。灑粉時篩網（或用塑料瓶裝粉，用燒熱的大頭針在瓶蓋上從里向外扎滿小孔）最好距水面約20cm，輕拍篩網，落下的粉劑在重力作用下以波的傳播方式推動前面的粉劑均勻地散到盤子四周。邊拍邊觀察粉的散狀，直至粉膜厚薄均勻，復蓋水面的4/5為止。如圖3所示。另外，灑粉要在盤里的水靜止和無風時進行。

⑵正確滴定。滴液時要控制好推活塞的力度。避免出現溶液從針頭中成線狀射出。這是出現最多的問題。滴定時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動過快，用力均勻，使溶液緩慢滴出。針頭距水面

約1～２cm。若針頭過高滴液沖擊力太大，會推粉膜開裂。用注射器抽取1ml定量油酸溶液時，要排盡針筒里的空氣，平視刻度讀取數字。另提醒實驗過程自始至終都應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。

可用打點滴輸液器滴油酸溶液，不過所需時間較長和用器材、溶液較多。

⑶正確描圖。為了描圖時減小視差，盤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。待油膜穩定后，用深色水性筆將油膜圖案描出，描圖的準確性與否影響計算油膜面積。

⑷實驗后勿忘用洗潔凈把盤子上的油漬洗掉并沖干凈。

4 對測量值誤差的分析

總之，實驗中若某一環節失誤必然影響實驗結果甚至導致實驗失敗。但只要通過引導，認識和掌握上述幾種選擇與操作方法，實驗成功率還是非常高的。

(欄目編輯王柏廬)

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