用碳粉做“油膜法估測分子大小”實驗
2008-01-01 00:00:00唐寒華
物理教學探討 2008年3期
人教版高二教材中，將“用油膜法估測分子大小”安排為學生分組實驗。
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；
（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；
（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。
根據多年的教學經驗，要學生獨立地在一節課內完成這個實驗難度很大。一些學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：一是若學生撒多了怎麼辦？二是學生撒得不均勻怎麼辦？在具體做實驗時，若學生出現了上面兩個問題，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，導致實驗的失敗。
我們經過多年的實驗探索，終于從根本上解決了這個技術難題，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；若學生撒得不均勻，直接用玻璃棒攪拌均勻即可。這樣一來，學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%的技術難題。其次激光打印碳粉浮在水面上穩定性好，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難題，還變廢為寶，為學校節約了實驗經費，更重要的是激發了學生積極探索科學的興趣。
采用新方法后，學生在一次實驗中，測量油膜分子的直徑大小為8.00×10-10m。與課本上的結論基本一致，學生做起來也很容易，而且誤差比用痱子粉小，達到了開設此實驗的目的。
參考文獻：
［1］全日制普通高級中學教科書（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)
