1、- 1 -自制三只带“孔”器材，优化实验步骤提高用油膜法估测分子的大小实验的综合效果江苏省滨海中学 徐永明 赵翠花 “用油膜法估测分子大小”实验成功的关键：一是如何将痱子粉撒得薄而匀，二是准确滴取一滴油酸酒精溶液，三是油膜形成与描绘油膜轮廓过程中不要扰动油膜。为此笔者自制了三只带“孔”实验器材，有效地提高了分组实验的成功率。一、三只带“孔”器材介绍1“孔”器材之一：顶孔匀撒器如果痱子粉膜过厚，油膜推不动痱子粉膜，容易形成“爆炸”式的星形或其它不规则形状油膜，不能形成单分子油膜层；如果痱子粉膜过薄，容易造成油膜飘忽不定，分界不清，影响描绘油膜形状；如果痱子粉膜不均匀，可能导致油膜断裂或向水槽一侧
2、靠拢，甚至挤压到水槽边，影响形成单分子油膜层。为确保实验成功，痱子粉膜要像极薄的纱一样薄而匀地覆盖在水面上。教材中没提示怎样撒粉，购买的器材一般提供的都是纱布包，实践证明，用纱布包撒粉，不但难保证粉膜均匀，而且粉尘污染环境，纱包也容易沾水受潮，影响下一组同学实验。顶孔匀撒器制作：取一个废弃的塑料矿泉水瓶，用缝衣针在瓶盖上从里向外扎二十个左右的小孔，瓶内晒干后装入两药匙的痱子粉，拧紧瓶盖，如图1，图右侧是带孔的瓶盖，制作完毕。使用方法：瓶底向上，瓶盖离水面3厘米左右，一边轻拍瓶底，一边观察粉膜，直至粉膜薄而匀为止，使用结束后，用一个干燥的塑料袋装好顶孔匀撒器，以防沾水受潮。评估：操作简单，便于控
3、制，对环境污染小，实验效果好。2.“孔”器材之二：中孔坐标板本实验操作程序复杂，步骤多，容易扰动水面。痱子粉膜薄而匀，滴入一滴油酸酒精溶液后，如果水面受扰动，油膜边界就会漂移、变形，不能准确描绘油膜轮廓。受扰动的原因很多，常见的如学生用坐标板覆盖水槽时晃动等。中孔坐标板制作：取一块实验室提供的有机玻璃透明坐标板，用美工刀在坐标板正中央钻一个直径约为4毫米的小孔，如图2，图右侧是坐标板的中部，制作完毕。使用方法：当用顶孔匀撒器完成撒粉后，轻轻地盖上坐标板，然后同学们不倚靠实验桌，将注射器针尖探到小孔下方，滴下一滴酒精油酸溶液，等到油膜稳定后，轻轻地描绘出油膜轮廓即可。评估：教材中，要求油膜稳定后
4、，再放上坐标板，这加大了破坏油膜的机率，因为油膜的边缘很“娇气” ，稍有扰动，油膜就变形，改进后，先放上中孔坐标板，再滴下油酸酒精溶液，有效地减少了扰动油膜的机率，同时保证液滴滴在水槽正中央，有利于油膜充分展图 1图 2- 2 -开。3.“孔”器材之三：侧孔注射器用实验室提供的注射器滴液滴时，最容易出现两种现象，一是很难将溶液从注射器里推出来，二是很容易从顶孔中射出一串溶液。要想滴出一滴溶液，可不是易事，保持身体平衡，双手抓住注射器，右手拇指轻压活塞，只有这样，才有可能控制好力度，滴出艰难的一滴。侧孔注射器制作：取一支5毫升的注射器（另配针头型号为0.6 25毫米） ，约在4毫升侧壁处钻一个直
5、径约1毫米的小孔，示意图如图3（照片看不清小孔） 。使用方法：注射器吸取3毫升的溶液后，针头向下，竖直放置注射器，右手拿针管，右拇指堵住小测孔，左手轻轻将活塞移到小孔的上方，右拇指移开小孔，溶液在自身重力作用下，在针尖处自然滴下一滴，拇指再立即堵住小孔。评估：与普通注射器相比，操作简单，易于控制，而且每一滴大小几乎相等，用累积法测出一滴油酸酒精溶液的体积更接近实际情况。二、教学设计1学情与教材分析本实验难度极高，要求学生有扎实的实验技能，能灵活运用多种实验方法与技巧，还体现了构建物理模型的思想，可以说是对已学过的物理知识做一次综合考核演练。做好这个实验可以加深学生对人类进入微观世界的认识、锻炼
6、学生的动手能力，有利于培养学生严谨思维、敢于用已有的知识探索“复杂”的未知领域和实事求是的科学精神。2教学目标（三维目标）知识与技能：理解单分子油膜法估测分子直径的原理；学会用单分子油膜法估测油酸分子的直径；掌握使用自制器材的技巧和提升综合实验能力。过程与方法：在实验探究基础上，认识建立模型和用宏观量求微观量的物理思想方法；掌握多种实验方法。情感、态度与价值观：养成严谨认真的科学态度，养成乐于交流与合作的学习态度，倡导勇于创新、大胆实践的精神，敢于用已有知识向未知领域进军的情怀。3教学重点、难点及突破方法重点：知道一般分子直径的数量级，理解实验原理，设计实验方案，并能在实验探究中发现问题，解决
7、问题。难点：掌握多种实验方法和操作步骤，成功估测分子直径。突破方法：充分利用好自制器材，指导学生关键步骤操作方法。4教学过程设计(1) 创设问题 情境，出示实验目的实验1：展示半瓶酒精，让学生看清酒精的体积，然后打开瓶盖，在教室内图 3小孔- 3 -缓慢地走一圈，让学生在瓶口闻一闻。问题1：为什么能闻到酒精味？问题2：大量分子跑出来，瓶内酒精为什么看不出减少？教师引导分析：大量酒精分子由液体表面跑出来，进入我们的鼻腔，也就闻到了酒精味。虽然大量分子跑出了液面，瓶中的酒精看不出减少，说明瓶中有更多数量的酒精分子，跑出的只是一小部分。例如，一滴酒精含有分子的数目大约是 10 万亿亿个，每人每秒数一
8、个分子，够全地球人可以数上十多万年，进一步启发得到分子很小。虽然分子很小，但是我们也可以通过实验来测量它的大小，板书课题。设计意图：此问题情境，教师走进学生，能很好地融洽师生关系，有助于了解学情，回顾初中有关知识。酒精分子跑出而瓶中酒精体积“没少”的现象，能引起学生有效注意。分子虽小也能测量，激发学生的学习兴趣和探究欲望，为进入新课教学准备良好的心理状态。(2) 新课教学 实验原理：分子球形模型建立与测分子直径的方法实验2：50毫升的量筒量取50毫升的绿豆，然后倒入100毫升的量筒中，总体积没变，高度因量筒变粗而变矮，随后又倒入250毫升的量筒中，高度变得更矮。问题3：如果换截面积更大的容器，
9、绿豆的高度最矮有多矮？学生通过讨论，思考，不难得到许多类似答案：一个绿豆的大小，绿豆的直径等。教师首先肯定学生推理，随手将绿豆倒进一个平底盘中，形成“单豆层” 。问题4：刚才有人说绿豆的直径，能说吗？绿豆是什么形状？问题5：绿豆的直径怎么测量？教师引导分析：教师根据教学进程，及时把握有用信息，学生提到“直径” ，教师一定不能放过，这是建立绿豆为球形模型的突破口。至于怎么测量绿豆的直径，学生提出许多方法，如用千分尺测，测一排绿豆的长度求平均值。引导学生分析，绿豆的总体 没变，由于量筒截面积 变大而高度 变小，根据VSH，当绿豆单层紧密排列时，高度 最矮， 便是绿豆的直径 。VSHHVdS进一步分
10、析，物体是由大量分子组成的，实际分子也不是球形，而我们估测它的大小时，也可以把分子看作球形，再指导学生阅读教材中的实验 ，学生对实验原理也就全明白了。设计意图：通过绿豆模拟实验培养学生理论探究能力，经有限次的实验再合理外推，直到建立分子球形模型及测分子大小的原理，全过程从感性到理性，由具体到抽象，符合学生认知规律，体现忽略次要因素，抓住主要方面的思想方法。 实验设计：选材与溶液的配制问4：为什么选择油酸分子作为测量对象？教师引导分析：液体比固体容易得到单分子层，因为液体具有可流动性；油酸比一般的液体更容易得到单分子层，这是由它的性质决定的，它的一端是- 4 -亲水性的羧基 ，能与水分子紧密结合
11、，另一端是憎水性烃基 ，COH 173CH与水不溶，油酸密度又小于水，当一滴油酸滴入水中时，油酸分子直立分布，烃基 冒出水面，羧基 “扎根”于水中，比较容易形成单分子油173膜。问7：为什么要配制成浓度极低，如体积比1:500的油酸酒精溶液？教师引导分析：油酸易溶于酒精不溶于水，酒精易溶于水且易挥发，由于油酸分子间的作用力，即使水面很大，纯油酸在水面也会堆积多层，而不能像绿豆那样在重力作用下形成“单豆层” ，只有浓度极低的油酸酒精溶液才能彻底“解散”油酸分子，在水面形成单分子油膜层。设计意图：原理清楚到实验成功有很大距离，要一切从实际出发，科学设计、科学选材、科学处理，才能最终获得成功，这正是
12、我国许多科技领域世界领先的原因。 利用三只带“孔”器材，优化实验步骤实验步骤 教师活动设计 学生活动设计 设计意图配制溶液 播放视频，提示注意点观看笔者配制体积比1:500的油酸酒精溶液视频 学生对物理老师也会配溶液感兴趣，吸引注意力，也节约时间获取一滴油酸酒精溶液启发学生思考侧孔注射器侧孔的作用与如何使用讨论交流，学生探究自制器材原理与使用方法体验器械材的巧妙设计，培养学生创新思维和积极参与创新活动。探究获取一滴溶液的方法，提升实验技能测一滴油酸酒精溶液体积投影直接对准图4所示装置，放大实验活动，活塞在小孔上方，液体在自身重力作用下，一滴一滴地平稳滴下，量筒起支架作用，滴下的溶液体积从侧孔注
13、射器上读出师互动生，观察实验，记录数据，2毫升溶液为476滴 处处体现巧妙设计。巩固累积法，测出一滴溶液的体积，为进一步实验做准备撒痱子粉水槽注入适量的水，示范顶孔匀撒器操作方法注意观看、讨论、模仿培养环保意识，开发身边资源，变废为宝，培养学生多动手多动脑的良好习惯图 4- 5 -形成单分子油膜层及描绘油膜轮廓指导学生，侧孔注射器竖直放置，针尖放进小孔的正中央，滴一滴溶液后立即移走，如图5；油膜稳定后迅速描绘出轮廓请两位学生到讲台前完成掌握器材使用技巧，增强学生完成后面分组实验的信心，同时体会留迹法数据处理一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸多少？油膜轮廓如图6，面积是多少？106格，每格1cm 2=
14、VdS107.9m评估结果用割补法测算油膜面积；体会估测的意义；数据处理分析，提高学生的科学素养和实事求是精神 分组实验经过上述充分准备后，进行两人一组的分组实验，学生之间交流、合作、探讨，不当操作几乎没有，能很好地使用自制器材，成功率大幅提升，全班只有一组同学在数据处理出了一些差错。三、回眸1创新的尴尬“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达不竭的动力。 ” 自制器材可以培养学生创新精神和创造能力，推进素质教育，然而在一道题面前，“创新”变成灰头土脸。一道有关实验步骤排序题，其中考查：先滴油酸酒精溶液后盖上坐标板，还是先盖上坐标板后滴油酸酒精溶液。此题好像专门为笔者的学生命制的，近一半
15、学生做错了。对家长、学生来说，分数“说了算” ，素质是次之，怎样找到素质教育与应试教育的平衡点，或许很长时间内无解。2制作的乐趣二十多组的分组实验器材，笔者请了几位学生帮忙制作。原以为耽误学生学习时间而有怨言，其实不然，学生一边制作一边讨论，制作好了自己立即试验器材效果，每只器材充满着他们的快乐和自信，看到了久违的笑脸，比整天埋头做题得到的更多。3课堂的延伸分组实验结束后，学生对成功估测分子大小的结果并不感兴趣，反而对制作器材情有独钟，课后又想出如何滴取一滴溶液，如何更好地撒痱子粉等，而且很多想法和制作有实用意义。我们的学生不是没有创新意识和创新能力，而是在分数面前缺少创新的空间和氛围，不妨把陶行知先生的“处处是创造之地，图 5图 6- 6 -天天是创造之时，人人是创造之人”作为我们教育工作者努力奋斗的目标。简介：徐永明，男，中学高级教师，市教学能手，高三备课组长。2013年10月份，我的徒弟参加江苏省青年教师优质课竞赛，课题是物质是由大量分子组成的 ，而“用油膜法估测分子的大小”实验是这节课的重点，这篇文章是打磨竞赛课过程中的心得，希望能与大家分享。电子信箱 电话 15371229788 15371229789 邮编 224500 地址 江苏省滨海县东坎镇中市中路 288 号滨海中学
