CN105783835A - 一种油膜法测量分子直径的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中学物理油膜法测分子直径技术领域，具体地说是一种油膜法测量分子直径的装置，设有操作板，其特征在于所述的操作板上设有油膜成型装置和滴定装置，所述的油膜成型装置由降温冰盒、凹面镜、LED点状光源、水槽、滑石粉层、和薄纸层组成，所述的滴定装置由支架、水平横臂和滴定机构组成，上滴管和下滴管上都设有控制滴定滴数的阀门，具有结构简单、实验结果准确、便于学生操作和理解等优点。

Description

一种油膜法测量分子直径的装置

技术领域

本发明涉及中学物理油膜法测分子直径技术领域，具体地说是一种结构简单、实验结果准确、便于学生操作和理解的油膜法测量分子直径的装置。

背景技术

众所周知，高中老师在讲解高中物理《选修3-3》《分子动理论》测量分子直径实验中使用单分子油膜法，首先，把已知浓度的油酸酒精溶液滴入量筒，记下滴数，测量并计算出每滴溶液中油酸的体积，然后在水槽内盛放一定量的水，再把痱子粉均匀地洒在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液待其散开，再用透明方格玻璃纸放在水槽的上方，再进行油酸轮廓勾勒，通过方格数量得知油膜面积，然后用公式d=V/S，就可估算出油酸分子的大小，该实验装置是利用带小方格的玻璃板完成轮廓勾勒，粗略估计油膜展开的面积，但是这套装置存在种种问题。例如：玻璃板自身的厚度不能忽略，在描线的过程中折射光线成像，导致描得轨迹的面积与实际面积相比存在较大误差，甚至产生数量级的差异；且油酸在水面展开形成的单分子油膜系统十分不稳定，稍有晃动便功亏一篑。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、实验结果准确、便于学生操作和理解的油膜法测量分子直径的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种油膜法测量分子直径的装置，设有操作板，所述的水槽内设有温度计，水槽内的水层高为水槽深度的1/4~1/3，水槽的底面宽度大于水槽高度的2倍，所述的操作板上设有油膜成型装置和滴定装置，所述的油膜成型装置由降温冰盒、凹面镜、LED点状光源、水槽、滑石粉层和薄纸层组成，所述的降温冰盒设在操作板的上端，降温冰盒内部的底端设有凹面镜，凹面镜的焦点处设有LED点状光源，LED点状光源经导线与外部电源相连接，所述的凹面镜上端的降温冰盒内设有水槽，水槽内设有水层，水层的上部设有滑石粉层，滑石粉层上端的水槽上设有用于描摹轮廓的带有表格的薄纸层，所述的滴定装置由支架、水平横臂和滴定机构组成，所述的支架的下端与操作板相连接，支架的上端设有水平横臂，水槽上方对应的水平横臂上设有滴定机构，所述的滴定机构由上滴管、量筒和下滴管组成，上滴管的滴定口伸进量筒内部并与量筒固定连接，量筒的下端与下滴管相连接，上滴管和下滴管上都设有控制滴定滴数的阀门。

所述的上滴管的出口处对应的量筒上设有滴定计数装置，所述的滴定计数装置由光电传感器、信号接收器、信号发射器、数据采集器、显示器和电源组成，所述的光电传感器的两端分别与信号接收器和信号发射器相连接，信号接收器与数据采集器相连接，数据采集器与显示器和电源相连接，信号发射器发出连续信号，当光电传感器接收到信号时，信号接收器将信号传递给数据采集器，数据采集器将信号传递给显示器，显示器显示出滴定滴数；所述的凹面镜的焦点正好处于水槽底面的中心位置。

本发明由于所述的操作板上设有油膜成型装置和滴定装置，所述的油膜成型装置由降温冰盒、凹面镜、LED点状光源、水槽、滑石粉层、和薄纸层组成，所述的降温冰盒设在操作板的上端，降温冰盒内部的底端设有凹面镜，凹面镜的焦点处设有LED点状光源，LED点状光源经导线与外部电源相连接，所述的凹面镜上端的降温冰盒内设有水槽，水槽内设有水层，水层的上部设有滑石粉层，滑石粉层上端的水槽上设有用于描摹轮廓的带有表格的薄纸层，所述的滴定装置由支架、水平横臂和滴定机构组成，所述的支架的下端与操作板相连接，支架的上端设有水平横臂，水槽上方对应的水平横臂上设有滴定机构，所述的滴定机构由上滴管、量筒和下滴管组成，上滴管的滴定口伸进量筒内部并与量筒固定连接，量筒的下端与下滴管相连接，上滴管和下滴管上都设有控制滴定滴数的阀门，所述的上滴管的出口处对应的量筒上设有滴定计数装置，所述的滴定计数装置由光电传感器、信号接收器、信号发射器、数据采集器、显示器和电源组成，所述的光电传感器的两端分别与信号接收器和信号发射器相连接，信号接收器与数据采集器相连接，数据采集器与显示器和电源相连接，信号发射器发出连续信号，当光电传感器接收到信号时，信号接收器将信号传递给数据采集器，数据采集器将信号传递给显示器，显示器显示出滴定滴数，所述的水槽内设有温度计，当凝结水槽内的水时，可严格控制水槽内水的温度，确保实验结果准确，减小误差，所述的水槽内的水层高为水槽深度的1/4~1/3，防止由于水槽内的水过多，光线不能严格的竖直向上传播，水对光的折射作用增大致使误差增大，同时也防止在降温凝结的过程中，用于水槽内的水结冰，导致膨胀，不利于轮廓的辨识和勾勒，所述的水槽的底面宽度大于水槽高度的2倍，防止冷冻凝结时冰的体积对油膜原形态产生影响，底面积较大的水槽可减小体积变化带来的误差，所述的凹面镜的焦点正好处于水槽底面的中心位置，保证折射的光线为平行的直线，降低实验误差，具有结构简单、实验结果准确、便于学生操作和理解等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中滴定计数装置数据传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种油膜法测量分子直径的装置及操作方法，设有操作板1，其特征在于所述的操作板1上设有油膜成型装置和滴定装置，所述的油膜成型装置由降温冰盒2、凹面镜3、LED点状光源4、水槽5、滑石粉层6、和薄纸层7组成，所述的降温冰盒2设在操作板1的上端，降温冰盒2内部的底端设有凹面镜3，凹面镜3的焦点处设有LED点状光源4，LED点状光源4经导线与外部电源相连接，所述的凹面镜3上端的降温冰盒2内设有水槽5，水槽5内设有水层，水层的上部设有滑石粉层6，滑石粉层6上端的水槽5上设有用于描摹轮廓的带有表格的薄纸层7，所述的滴定装置由支架8、水平横臂9和滴定机构组成，所述的支架8的下端与操作板1相连接，支架8的上端设有水平横臂9，水槽5上方对应的水平横臂9上设有滴定机构，所述的滴定机构由上滴管10、量筒11和下滴管12组成，上滴管10的滴定口伸进量筒11内部并与量筒11固定连接，量筒11的下端与下滴管12相连接，上滴管10和下滴管12上都设有控制滴定滴数的阀门13，所述的上滴管10的出口处对应的量筒11上设有滴定计数装置14，所述的滴定计数装置14由光电传感器、信号接收器、信号发射器、数据采集器、显示器和电源组成，所述的光电传感器的两端分别与信号接收器和信号发射器相连接，信号接收器与数据采集器相连接，数据采集器与显示器和电源相连接，信号发射器发出连续信号，当光电传感器接收到信号时，信号接收器将信号传递给数据采集器，数据采集器将信号传递给显示器，显示器显示出滴定滴数，所述的操作步骤为：（1）.首先在容量瓶内配置油酸-酒精溶液，利用量筒控制每1000ML酒精中油酸的体积在5-6ML；（2）.然后将配置好的油酸-酒精溶液倒入上滴管10中，然后打开上滴管10的阀门13，将上滴管10中的液体滴入量筒11内，记录滴入量筒11内的滴数以及滴入量筒11内液体的体积；（3）.记录完数据后，再将下滴管12上的阀门13打开，滴入一滴油酸-酒精溶液于水槽5上方的滑石粉层6上，观察到油酸推开滑石粉层6形成单分子油膜；（4）.待油膜稳定后，将冰块加入降温冰盒2中，静置待水槽5内水层结冰，然后将薄纸层7置于水槽5顶部，然后打开LED点状光源4，可以清晰的看到油膜与滑石粉层间的轮廓，对轮廓进行描摹并计算面积，为了防止桌面晃动导致油膜不稳定的隐患，在此过程中利用凝结法稳定油膜结构，进而使学生更直观的看出油膜结构；（5）.根据记录数据利用公式d=V/S求出分子直径，所述的水槽5内设有温度计15，当凝结水槽5内的水时，可严格控制水槽5内水的温度，确保实验结果准确，减小误差，所述的水槽5内的水层高为水槽5深度的1/4~1/3，防止由于水槽5内的水过多，光线不能严格的竖直向上传播，水对光的折射作用增大致使误差增大，同时也防止在降温凝结的过程中，用于水槽5内的水结冰，导致膨胀，不利于轮廓的辨识和勾勒，所述的水槽5的底面宽度大于水槽5高度的2倍，防止冷冻凝结时冰的体积对油膜原形态产生影响，底面积较大的水槽5可减小体积变化带来的误差，所述的凹面镜3的焦点正好处于水槽5底面的中心位置，保证折射的光线为平行的直线，降低实验误差。

本发明在使用时，首先配置油酸-酒精溶液，利用量筒控制每1000ML酒精中油酸体积在5-6ML，然后将配置好的油酸-酒精溶液加入到上滴管10中，然后打开上滴管10的阀门13，进行计数滴定进量筒11内，记录滴定的滴数和量筒11内的体积，然后再打开下滴管12的阀门13，滴一滴在水槽5内，观察到水槽5内的滑石粉层6形成单分子油膜，待油膜稳定后，打开LED点状光源，可以在上层的薄纸层7上清晰的看到油膜与滑石粉层6间的轮廓，再对轮廓进行描摹并计算面积，再利用公式求得分子直径，为了防止桌面晃动导致油膜不稳定的隐患，在此过程中可以利用凝结法稳定油膜结构，进而使学生更直观的看出油膜结构，在实验仪器上的降温冰盒2内放入冰块对水槽5内的水进行降温，根据温度计15上的示数控制降温温度，待水槽5内的水凝结成冰后，可对凝结后的油膜和滑石粉层6的边界进行轮廓勾勒，再利用公式求出分子直径，本发明放弃了在水面上垫厚玻璃板的传统方法，转而在水槽5底部安装了凹面镜3，凹面镜3的焦点处设有LED点状光源4，利用LED点状光源4与凹面镜3之间折射提供平行光的原理，投射竖直向上的平行光束，由于垂直投射，水槽5底部的玻璃层并不会折射光线，利用滑石粉（或痱子粉）的不透光性可以直接在上方的白纸投影清晰的油酸轮廓，同时我还给该系统降温使其凝结，得到了稳定的油膜系统，避免了因油膜不稳定带来的困扰，实验结果表明改进试验能够较为稳定可信地测量油膜的面积，从而增加了本实验的说服力，可见度，科学性，本发明中的滑石粉可用痱子粉代替，滑石粉或痱子粉均匀的铺洒在水层上方，依照水槽大小以加好能覆盖住水面而没有堆积为宜，配置的油酸-酒精溶液在容量瓶中配置，先用量筒量的油酸的体积并加入，再加入酒精溶液使其达到标记位，保证油酸的浓度合理，同时本发明中的现有结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述。

本发明由于所述的操作板1上设有油膜成型装置和滴定装置，所述的油膜成型装置由降温冰盒2、凹面镜3、LED点状光源4、水槽5、滑石粉层6、和薄纸层7组成，所述的降温冰盒2设在操作板1的上端，降温冰盒2内部的底端设有凹面镜3，凹面镜3的焦点处设有LED点状光源4，LED点状光源4经导线与外部电源相连接，所述的凹面镜3上端的降温冰盒2内设有水槽5，水槽5内设有水层，水层的上部设有滑石粉层6，滑石粉层6上端的水槽5上设有用于描摹轮廓的带有表格的薄纸层7，所述的滴定装置由支架8、水平横臂9和滴定机构组成，所述的支架8的下端与操作板1相连接，支架8的上端设有水平横臂9，水槽5上方对应的水平横臂9上设有滴定机构，所述的滴定机构由上滴管10、量筒11和下滴管12组成，上滴管10的滴定口伸进量筒11内部并与量筒11固定连接，量筒11的下端与下滴管12相连接，上滴管10和下滴管12上都设有控制滴定滴数的阀门13，所述的上滴管10的出口处对应的量筒11上设有滴定计数装置14，所述的滴定计数装置14由光电传感器、信号接收器、信号发射器、数据采集器、显示器和电源组成，所述的光电传感器的两端分别与信号接收器和信号发射器相连接，信号接收器与数据采集器相连接，数据采集器与显示器和电源相连接，信号发射器发出连续信号，当光电传感器接收到信号时，信号接收器将信号传递给数据采集器，数据采集器将信号传递给显示器，显示器显示出滴定滴数，所述的水槽5内设有温度计15，当凝结水槽5内的水时，可严格控制水槽5内水的温度，确保实验结果准确，减小误差，所述的水槽5内的水层高为水槽5深度的1/4~1/3，防止由于水槽5内的水过多，光线不能严格的竖直向上传播，水对光的折射作用增大致使误差增大，同时也防止在降温凝结的过程中，用于水槽5内的水结冰，导致膨胀，不利于轮廓的辨识和勾勒，所述的水槽5的底面宽度大于水槽5高度的2倍，防止冷冻凝结时冰的体积对油膜原形态产生影响，底面积较大的水槽5可减小体积变化带来的误差，所述的凹面镜3的焦点正好处于水槽5底面的中心位置，保证折射的光线为平行的直线，降低实验误差，具有结构简单、实验结果准确、便于学生操作和理解等优点。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种油膜法测量分子直径的装置，设有操作板，其特征在于，所述的水槽内设有温度计，水槽内的水层高为水槽深度的1/4~1/3，水槽的底面宽度大于水槽高度的2倍，所述的操作板上设有油膜成型装置和滴定装置，所述的油膜成型装置由降温冰盒、凹面镜、LED点状光源、水槽、滑石粉层和薄纸层组成，所述的降温冰盒设在操作板的上端，降温冰盒内部的底端设有凹面镜，凹面镜的焦点处设有LED点状光源，LED点状光源经导线与外部电源相连接，所述的凹面镜上端的降温冰盒内设有水槽，水槽内设有水层，水层的上部设有滑石粉层，滑石粉层上端的水槽上设有用于描摹轮廓的带有表格的薄纸层，所述的滴定装置由支架、水平横臂和滴定机构组成，所述的支架的下端与操作板相连接，支架的上端设有水平横臂，水槽上方对应的水平横臂上设有滴定机构，所述的滴定机构由上滴管、量筒和下滴管组成，上滴管的滴定口伸进量筒内部并与量筒固定连接，量筒的下端与下滴管相连接，上滴管和下滴管上都设有控制滴定滴数的阀门。

2.根据权利要求1所述的一种油膜法测量分子直径的装置，其特征在于所述的上滴管的出口处对应的量筒上设有滴定计数装置，所述的滴定计数装置由光电传感器、信号接收器、信号发射器、数据采集器、显示器和电源组成，所述的光电传感器的两端分别与信号接收器和信号发射器相连接，信号接收器与数据采集器相连接，数据采集器与显示器和电源相连接，信号发射器发出连续信号，当光电传感器接收到信号时，信号接收器将信号传递给数据采集器，数据采集器将信号传递给显示器，显示器显示出滴定滴数；所述的凹面镜的焦点正好处于水槽底面的中心位置。