對“油膜法估測分子大小”實驗的三點改進(jìn)

用油膜法估測分子大小的實驗，是利用宏觀理論測量計算微觀粒子大小的一種方法，它要求標(biāo)準(zhǔn)高，操作規(guī)程步驟繁、難度大，因而成功率比較低。高二的物理任課教師努力按教材要求做好這一實驗的同時，都在不斷探索改進(jìn)各步驟的操作方法，并取得許多值得學(xué)習(xí)和推廣的經(jīng)驗，見表1：

表1 用油膜法估測分子大小實驗的主要方法^[1-7]

筆者經(jīng)過多年的研究和試驗，對該實驗的關(guān)鍵步驟作了三點改進(jìn)，在實踐中證明效果不錯。現(xiàn)提出愿與同仁共同探究。

1 用減量自動滴液法滴液

本實驗操作步驟中的滴數(shù)1ml油酸酒精溶液（下稱溶液）液滴這一步，分減量滴液法和增量滴液法兩種方式。減量滴液法是使注射器內(nèi)的溶液減少1ml的滴液方法，其特點是溶液在針尖成滴時其中的酒精會大量揮發(fā)（速度決定揮發(fā)量），會引起針管內(nèi)將要滴出的1ml溶液總滴數(shù)變少、濃度增大。而增量滴液法是讓量筒內(nèi)增加1ml溶液的滴液方法，該法之特點是滴數(shù)液滴時不但針尖的液滴會大量揮發(fā)酒精，而且滴到敞口量筒后還在繼續(xù)揮發(fā)，這將使滴夠1ml時的溶液滴數(shù)增多，計算出的濃度反而減小。而往撒好痱子粉(或石膏粉)的淺盤中滴加一滴實驗用液，則屬于減量滴液法。這時，所滴的一滴溶液無疑與減量法滴數(shù)的液滴一樣，濃度比配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度大。如果下滴時的速度相同，則兩個步驟所滴的液滴完全相同，可以說沒有誤差。然而增量法所滴一滴溶液與實驗時所滴一滴溶液濃度發(fā)生了巨大變化，前者因兩次揮發(fā)使計算濃度兩次變小，后者的真實濃度又變大，變化方向相反，誤差相加。最后會導(dǎo)致實驗中形成的油膜面積理論上小而實際上大；推算出的分子直徑在理論上大，而實際上小的結(jié)果。由于數(shù)量級的位數(shù)是原大的10倍關(guān)系，所以也可能用增量法滴數(shù)液滴的實驗結(jié)果并不影響到所測的油酸分子大小的數(shù)量級，不過我們還是應(yīng)給學(xué)生分析講清這一道理，并堅決采用減量滴液法滴數(shù)液滴。

為了更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，筆者研制了自動滴液器(將5ml塑料注射器在5ml刻度線處鉆一個小孔，使用前吸取溶液時把活塞桿推到底吸入約3ml溶液；使用時再將活塞桿提起讓小孔處于活塞以下，讓管內(nèi)溶液與空氣接觸，使溶液自動下滴且不形成連串現(xiàn)象)，實驗時如果再配合小藥匙，可將兩步并作一步進(jìn)行(在滴數(shù)1ml溶液滴數(shù)的過程中，順便給淺盤中滴加1滴溶液。操作要領(lǐng)：口數(shù)滴數(shù)不停，小藥匙接納下滴的溶液后將針尖移到淺盤中間；待高度不大于10mm時，往盤中滴入一滴，之后迅速又用藥匙接上繼續(xù)下滴的液滴并將藥匙與針管協(xié)調(diào)地移開淺盤)。

用上法進(jìn)行的滴液過程，總滴數(shù)中的每滴溶液的計算濃度與實驗時所滴一滴溶液濃度完全一致，既符合嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性，又提高了實驗的準(zhǔn)確性；自動滴液速度快(不足2分鐘)，兩步并作一步的滴液操作又節(jié)省了時間，徹底消除了因?qū)嶒灂r間不足，由教師在課前代替數(shù)滴1m1溶液總滴數(shù)的現(xiàn)象。

2 清洗淺水盤時使用吸油紙

經(jīng)我們實踐，在清洗淺盤時采取了以下步驟：吸油紙(兩層、略大于油膜面積的衛(wèi)生紙)吸附油膜上的油酸——一邊傾倒廢液(吸油紙同時被倒掉)——清水沖一次——加洗潔精液涮洗后倒掉——清水二次沖洗——加少量酒精并用鑷子夾棉球擦數(shù)遍——清水三次沖洗——用衛(wèi)生紙吸干盤外水跡——加清水進(jìn)行下一輪實驗。(說明：上一班實驗后不清洗淺盤，原封不動放置，待下一班學(xué)生來后按以上程序進(jìn)行清洗。)

吸油紙能將油膜上的大部分油酸吸凈，再用洗潔精涮洗，淺盤清洗的潔凈程度有極大提高。

3 淺盤底子透明且盤底鋪方格紙直接計算油膜面積

我校原先用140×140mm的(投影發(fā)波水槽)透明有機(jī)玻璃淺盤(所測分子直徑的數(shù)量級大約60％為10^-9，40％為10^-10)，后改用自制的250×250mm的鐵框無機(jī)玻璃底淺水盤(所測分子直徑的數(shù)量級幾乎全是10^-10)。實驗時先將自制的5×5mm規(guī)格的方格紙(稍小于底部面積，薄膜過塑以防水濕)鋪放在淺盤下面，當(dāng)實驗形成的油膜穩(wěn)定后屏息豎直俯視油膜所占方格并數(shù)格數(shù)計算油膜面積。此法特點是少一道勾畫油膜外緣輪廓的程序會減少誤差；淺盤一般不因碰撞而使油膜面積形變；方格面積小能提高油膜面積精度；節(jié)省時間使實驗從容不迫。

參考文獻(xiàn)：

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(欄目編輯 王柏廬)