“用油膜法估测分子的大小”实验中的几个问题

用油膜法估测分子直径的大小是中学物理实验中的一个具有特别意义的实验，因为利用宏观量的测量求出微观量的大小，这在中学物理实验中是唯一的一个，体现了一个很重要的思想。对于提高学生对微观世界的认识非常重要，一定要认真引导学生做好。原理很简单，但实验产生的误差较大，众说纷纭，值得探究。《中学物理教学参考》第３期、第４期以及其它物理教学杂志，都有探讨。读了这些文章，笔者从实践中觉得还有几点说明。

第一、如何撒粉。这个问题是本实验成功的关键因素。上面的文章中一般都是说取适量的痱子粉均匀地撒到水面上，或者说用小刀刮粉笔（主要成分是石膏），使其灰尘均匀地洒落在盘中水面上。在实验中，发现用手直接撒，根本行不通，刮粉笔灰尘效果也很差。经过思考，从农民撒农药粉的劳动中受到启发。以前农民撒农药粉也不是直接撒，而是把农药粉装在一个布袋里，然后绑在棒的一端，再用另一根棒拍打装有农药粉的布袋，这样可以做到用药较均匀，药量少而效果好。本实验同样可以这样做：用手帕（或质量较好的一层餐巾纸）包痱子粉，在水面上方轻轻拍打几下即可，解决了水面上的痱子粉要薄而均匀难操作的问题，也减轻了实验里粉尘污染严重的问题。实践表明，这样的效果极佳。

第二、滴油酸酒精溶液的高度问题。多数文章认为，往痱子粉上滴油酸酒精溶液时，针尖应尽可能地接近水面，高度要低。也有文章说高度要高，如《物理教学》第４期，《如此估测才准确》的文章说在粉尘的水面上方较高处滴溶液，理由是这样做才能打破水面上的粉尘，形成油膜。知道了如何在水面上形成痱子粉，以及痱子粉厚薄对实验的影响，不难得出滴油酸酒精溶液要低的结论，油膜毕竟要很薄。《中学物理教学参考》第３期文章的作者说得有道理，“如果针尖离水面过高，油滴以一定的初速度使水面出现波动，痱子粉被人为地冲开撕破，而油酸从水底浮上来，在痱子粉下散开，形成锯齿状，影响测量效果。再者由于水深只有2cm左右，初速度较大，液滴到盆底被撞散，实验就没法完成了。”实践证明也是正确的。

第三、油酸分子的直径数量级。绝大多数同学得出的实验结果是油酸分子的直径数量级为10-9m，这与课本（试验修订本?必修加选修）30页的说明是不相符的。能说明本实验不成功吗？油酸的化学式为C17H33COOH，分子量为282g,1mol油酸的质量为282g，油酸的密度为ρ=0.89×103kg/m3, 油酸的体积公式为V=m/ρ，代入数据得到1mol的油酸体积为V=5.26×10-28m3,若将油酸分子看成是紧密排列的立方体，则分子的直径为d= =8.07×10-10m;若将油酸分子看成是紧密排列的球体，设分子的直径为d，则v= ,由此可知d= =1.0×10-9m,所以分子直径的数量级为10-10m-10-9m。因此本实验学生根据d= ,测出油酸分子的直径的数量级在10-9m 左右应当是符合实验要求的。

本文是学习和实践的小结，有不当之处，敬请各位同行批评指正。

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