一種油膜法測分子直徑的實驗儀器及操作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及中學物理油膜法測分子直徑技術(shù)領域，具體地說是一種油膜法測分子直徑的實驗儀器及操作方法，設有操作板，其特征在于所述的操作板上設有油膜成型裝置和滴定裝置，所述的油膜成型裝置由降溫冰盒、凹面鏡、點光源、水槽、滑石粉層、和薄紙層組成，所述的滴定裝置由支架、水平橫臂和滴定機構(gòu)組成，上滴管和下滴管上都設有控制滴定滴數(shù)的閥門，具有結(jié)構(gòu)簡單、實驗結(jié)果準確、便于學生操作和理解等優(yōu)點。
【專利說明】
一種油膜法測分子直徑的實驗儀器及操作方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及中學物理油膜法測分子直徑技術(shù)領域，具體地說是一種結(jié)構(gòu)簡單、實驗結(jié)果準確、便于學生操作和理解的油膜法測分子直徑的實驗儀器及操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，高中老師在講解高中物理《選修3-3》《分子動理論》測量分子直徑實驗中使用單分子油膜法，首先，把已知濃度的油酸酒精溶液滴入量筒，記下滴數(shù)，測量并計算出每滴溶液中油酸的體積，然后在水槽內(nèi)盛放一定量的水，再把痱子粉均勻地灑在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液待其散開，再用透明方格玻璃紙放在水槽的上方，再進行油酸輪廓勾勒，通過方格數(shù)量得知油膜面積，然后用公式d=V/S，就可估算出油酸分子的大小，該實驗裝置是利用帶小方格的玻璃板完成輪廓勾勒，粗略估計油膜展開的面積，但是這套裝置存在種種問題。例如:玻璃板自身的厚度不能忽略，在描線的過程中折射光線成像，導致描得軌跡的面積與實際面積相比存在較大誤差，甚至產(chǎn)生數(shù)量級的差異;且油酸在水面展開形成的單分子油膜系統(tǒng)十分不穩(wěn)定，稍有晃動便功虧一簣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實驗結(jié)果準確、便于學生操作和理解的油膜法測分子直徑的實驗儀器及操作方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，設有操作板，其特征在于所述的操作板上設有油膜成型裝置和滴定裝置，所述的油膜成型裝置由降溫冰盒、凹面鏡、點光源、水槽、滑石粉層、和薄紙層組成，所述的降溫冰盒設在操作板的上端，降溫冰盒內(nèi)部的底端設有凹面鏡，凹面鏡的焦點處設有點光源，點光源經(jīng)導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡上端的降溫冰盒內(nèi)設有水槽，水槽內(nèi)設有水層，水層的上部設有滑石粉層，滑石粉層上端的水槽上設有用于描摹輪廓的帶有表格的薄紙層，所述的滴定裝置由支架、水平橫臂和滴定機構(gòu)組成，所述的支架的下端與操作板相連接，支架的上端設有水平橫臂，水槽上方對應的水平橫臂上設有滴定機構(gòu)，所述的滴定機構(gòu)由上滴管、量筒和下滴管組成，上滴管的滴定口伸進量筒內(nèi)部并與量筒固定連接，量筒的下端與下滴管相連接，上滴管和下滴管上都設有控制滴定滴數(shù)的閥門。
[0005]本發(fā)明所述的上滴管的出口處對應的量筒上設有滴定計數(shù)裝置，所述的滴定計數(shù)裝置由光電傳感器、信號接收器、信號發(fā)射器、數(shù)據(jù)采集器、顯示器和電源組成，所述的光電傳感器的兩端分別與信號接收器和信號發(fā)射器相連接，信號接收器與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與顯示器和電源相連接，信號發(fā)射器發(fā)出連續(xù)信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數(shù)。
[0006]—種油膜法測分子直徑的實驗儀器的操作方法，其特征在于操作步驟如下: (1).首先在容量瓶內(nèi)配置油酸-酒精溶液，利用量筒控制每100ML酒精中油酸的體積在5-6ML;
(2).然后將配置好的油酸-酒精溶液倒入上滴管中，然后打開上滴管的閥門，將上滴管中的液體滴入量筒內(nèi)，記錄滴入量筒內(nèi)的滴數(shù)以及滴入量筒內(nèi)液體的體積；
(3).記錄完數(shù)據(jù)后，再將下滴管上的閥門打開，滴入一滴油酸-酒精溶液于水槽上方的滑石粉層上，觀察到油酸推開滑石粉層形成單分子油膜；
(4).待油膜穩(wěn)定后，將薄紙層置于水槽頂部，然后打開點光源，可以清晰的看到油膜與滑石粉層間的輪廓，對輪廓進行描摹并計算面積；
(5).根據(jù)記錄數(shù)據(jù)利用公式d=V/S求出分子直徑。
[0007]本發(fā)明所述的水槽內(nèi)設有溫度計，當凝結(jié)水槽內(nèi)的水時，可嚴格控制水槽內(nèi)水的溫度，確保實驗結(jié)果準確，減小誤差。
[0008]本發(fā)明所述的水槽內(nèi)的水層高為水槽深度的1/4?1/3，防止由于水槽內(nèi)的水過多，光線不能嚴格的豎直向上傳播，水對光的折射作用增大致使誤差增大，同時也防止在降溫凝結(jié)的過程中，用于水槽內(nèi)的水結(jié)冰，導致膨脹，不利于輪廓的辨識和勾勒。
[0009]本發(fā)明所述的水槽的底面寬度大于水槽高度的2倍，防止冷凍凝結(jié)時冰的體積對油膜原形態(tài)產(chǎn)生影響，底面積較大的水槽可減小體積變化帶來的誤差。
[0010]本發(fā)明所述的凹面鏡的焦點正好處于水槽底面的中心位置，保證折射的光線為平行的直線，降低實驗誤差。
[0011]本發(fā)明所述的操作方法中的步驟(4)中待油膜穩(wěn)定后，將冰塊加入降溫冰盒中，靜置待水槽內(nèi)水層結(jié)冰，然后將薄紙層置于水槽頂部，然后打開點光源，可以清晰的看到油膜與滑石粉層間的輪廓，對輪廓進行描摹并計算面積，為了防止桌面晃動導致油膜不穩(wěn)定的隱患，在此過程中利用凝結(jié)法穩(wěn)定油膜結(jié)構(gòu)，進而使學生更直觀的看出油膜結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明由于所述的操作板上設有油膜成型裝置和滴定裝置，所述的油膜成型裝置由降溫冰盒、凹面鏡、點光源、水槽、滑石粉層、和薄紙層組成，所述的降溫冰盒設在操作板的上端，降溫冰盒內(nèi)部的底端設有凹面鏡，凹面鏡的焦點處設有點光源，點光源經(jīng)導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡上端的降溫冰盒內(nèi)設有水槽，水槽內(nèi)設有水層，水層的上部設有滑石粉層，滑石粉層上端的水槽上設有用于描摹輪廓的帶有表格的薄紙層，所述的滴定裝置由支架、水平橫臂和滴定機構(gòu)組成，所述的支架的下端與操作板相連接，支架的上端設有水平橫臂，水槽上方對應的水平橫臂上設有滴定機構(gòu)，所述的滴定機構(gòu)由上滴管、量筒和下滴管組成，上滴管的滴定口伸進量筒內(nèi)部并與量筒固定連接，量筒的下端與下滴管相連接，上滴管和下滴管上都設有控制滴定滴數(shù)的閥門，所述的上滴管的出口處對應的量筒上設有滴定計數(shù)裝置，所述的滴定計數(shù)裝置由光電傳感器、信號接收器、信號發(fā)射器、數(shù)據(jù)采集器、顯示器和電源組成，所述的光電傳感器的兩端分別與信號接收器和信號發(fā)射器相連接，信號接收器與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與顯示器和電源相連接，信號發(fā)射器發(fā)出連續(xù)信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數(shù)，所述的水槽內(nèi)設有溫度計，當凝結(jié)水槽內(nèi)的水時，可嚴格控制水槽內(nèi)水的溫度，確保實驗結(jié)果準確，減小誤差，所述的水槽內(nèi)的水層高為水槽深度的1/4?1/3，防止由于水槽內(nèi)的水過多，光線不能嚴格的豎直向上傳播，水對光的折射作用增大致使誤差增大，同時也防止在降溫凝結(jié)的過程中，用于水槽內(nèi)的水結(jié)冰，導致膨脹，不利于輪廓的辨識和勾勒，所述的水槽的底面寬度大于水槽高度的2倍，防止冷凍凝結(jié)時冰的體積對油膜原形態(tài)產(chǎn)生影響，底面積較大的水槽可減小體積變化帶來的誤差，所述的凹面鏡的焦點正好處于水槽底面的中心位置，保證折射的光線為平行的直線，降低實驗誤差，具有結(jié)構(gòu)簡單、實驗結(jié)果準確、便于學生操作和理解等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0013]
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明中滴定計數(shù)裝置數(shù)據(jù)傳輸示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明:
如附圖所示，一種油膜法測分子直徑的實驗儀器及操作方法，設有操作板I，其特征在于所述的操作板I上設有油膜成型裝置和滴定裝置，所述的油膜成型裝置由降溫冰盒2、凹面鏡3、點光源4、水槽5、滑石粉層6、和薄紙層7組成，所述的降溫冰盒2設在操作板I的上端，降溫冰盒2內(nèi)部的底端設有凹面鏡3，凹面鏡3的焦點處設有點光源4，點光源4經(jīng)導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡3上端的降溫冰盒2內(nèi)設有水槽5，水槽5內(nèi)設有水層，水層的上部設有滑石粉層6，滑石粉層6上端的水槽5上設有用于描摹輪廓的帶有表格的薄紙層7，所述的滴定裝置由支架8、水平橫臂9和滴定機構(gòu)組成，所述的支架8的下端與操作板I相連接，支架8的上端設有水平橫臂9，水槽5上方對應的水平橫臂9上設有滴定機構(gòu)，所述的滴定機構(gòu)由上滴管10、量筒11和下滴管12組成，上滴管10的滴定口伸進量筒11內(nèi)部并與量筒11固定連接，量筒11的下端與下滴管12相連接，上滴管10和下滴管12上都設有控制滴定滴數(shù)的閥門13，所述的上滴管10的出口處對應的量筒11上設有滴定計數(shù)裝置14，所述的滴定計數(shù)裝置14由光電傳感器、信號接收器、信號發(fā)射器、數(shù)據(jù)采集器、顯示器和電源組成，所述的光電傳感器的兩端分別與信號接收器和信號發(fā)射器相連接，信號接收器與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與顯示器和電源相連接，信號發(fā)射器發(fā)出連續(xù)信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數(shù)，所述的操作步驟為:(I).首先在容量瓶內(nèi)配置油酸-酒精溶液，利用量筒控制每1000ML酒精中油酸的體積在5-6ML; (2).然后將配置好的油酸-酒精溶液倒入上滴管10中，然后打開上滴管10的閥門13，將上滴管10中的液體滴入量筒11內(nèi)，記錄滴入量筒11內(nèi)的滴數(shù)以及滴入量筒11內(nèi)液體的體積；(3).記錄完數(shù)據(jù)后，再將下滴管12上的閥門13打開，滴入一滴油酸-酒精溶液于水槽5上方的滑石粉層6上，觀察到油酸推開滑石粉層6形成單分子油膜;(4).待油膜穩(wěn)定后，將冰塊加入降溫冰盒2中，靜置待水槽5內(nèi)水層結(jié)冰，然后將薄紙層7置于水槽5頂部，然后打開點光源4，可以清晰的看到油膜與滑石粉層間的輪廓，對輪廓進行描摹并計算面積，為了防止桌面晃動導致油膜不穩(wěn)定的隱患，在此過程中利用凝結(jié)法穩(wěn)定油膜結(jié)構(gòu)，進而使學生更直觀的看出油膜結(jié)構(gòu)；(5).根據(jù)記錄數(shù)據(jù)利用公式d=V/S求出分子直徑，所述的水槽5內(nèi)設有溫度計15，當凝結(jié)水槽5內(nèi)的水時，可嚴格控制水槽5內(nèi)水的溫度，確保實驗結(jié)果準確，減小誤差，所述的水槽5內(nèi)的水層高為水槽5深度的1/4?1/3，防止由于水槽5內(nèi)的水過多，光線不能嚴格的豎直向上傳播，水對光的折射作用增大致使誤差增大，同時也防止在降溫凝結(jié)的過程中，用于水槽5內(nèi)的水結(jié)冰，導致膨脹，不利于輪廓的辨識和勾勒，所述的水槽5的底面寬度大于水槽5高度的2倍，防止冷凍凝結(jié)時冰的體積對油膜原形態(tài)產(chǎn)生影響，底面積較大的水槽5可減小體積變化帶來的誤差，所述的凹面鏡3的焦點正好處于水槽5底面的中心位置，保證折射的光線為平行的直線，降低實驗誤差。
[0016]本發(fā)明在使用時，首先配置油酸-酒精溶液，利用量筒控制每1000ML酒精中油酸體積在5-6ML，然后將配置好的油酸-酒精溶液加入到上滴管10中，然后打開上滴管10的閥門13，進行計數(shù)滴定進量筒11內(nèi)，記錄滴定的滴數(shù)和量筒11內(nèi)的體積，然后再打開下滴管12的閥門13，滴一滴在水槽5內(nèi)，觀察到水槽5內(nèi)的滑石粉層6形成單分子油膜，待油膜穩(wěn)定后，打開點光源，可以在上層的薄紙層7上清晰的看到油膜與滑石粉層6間的輪廓，再對輪廓進行描摹并計算面積，再利用公式求得分子直徑，為了防止桌面晃動導致油膜不穩(wěn)定的隱患，在此過程中可以利用凝結(jié)法穩(wěn)定油膜結(jié)構(gòu)，進而使學生更直觀的看出油膜結(jié)構(gòu)，在實驗儀器上的降溫冰盒2內(nèi)放入冰塊對水槽5內(nèi)的水進行降溫，根據(jù)溫度計15上的示數(shù)控制降溫溫度，待水槽5內(nèi)的水凝結(jié)成冰后，可對凝結(jié)后的油膜和滑石粉層6的邊界進行輪廓勾勒，再利用公式求出分子直徑，本發(fā)明放棄了在水面上墊厚玻璃板的傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)而在水槽5底部安裝了凹面鏡3，凹面鏡3的焦點處設有點光源4，利用點光源4與凹面鏡3之間折射提供平行光的原理，投射豎直向上的平行光束，由于垂直投射，水槽5底部的玻璃層并不會折射光線，利用滑石粉(或痱子粉)的不透光性可以直接在上方的白紙投影清晰的油酸輪廓，同時我還給該系統(tǒng)降溫使其凝結(jié)，得到了穩(wěn)定的油膜系統(tǒng)，避免了因油膜不穩(wěn)定帶來的困擾，實驗結(jié)果表明改進試驗能夠較為穩(wěn)定可信地測量油膜的面積，從而增加了本實驗的說服力，可見度，科學性，本發(fā)明中的滑石粉可用痱子粉代替，滑石粉或痱子粉均勻的鋪灑在水層上方，依照水槽大小以加好能覆蓋住水面而沒有堆積為宜，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體積并加入，再加入酒精溶液使其達到標記位，保證油酸的濃度合理，同時本發(fā)明中的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)及它們之間的相互連接關(guān)系與現(xiàn)有技術(shù)相同，此不贅述。
[0017]本發(fā)明由于所述的操作板I上設有油膜成型裝置和滴定裝置，所述的油膜成型裝置由降溫冰盒2、凹面鏡3、點光源4、水槽5、滑石粉層6、和薄紙層7組成，所述的降溫冰盒2設在操作板I的上端，降溫冰盒2內(nèi)部的底端設有凹面鏡3，凹面鏡3的焦點處設有點光源4，點光源4經(jīng)導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡3上端的降溫冰盒2內(nèi)設有水槽5，水槽5內(nèi)設有水層，水層的上部設有滑石粉層6，滑石粉層6上端的水槽5上設有用于描摹輪廓的帶有表格的薄紙層7，所述的滴定裝置由支架8、水平橫臂9和滴定機構(gòu)組成，所述的支架8的下端與操作板I相連接，支架8的上端設有水平橫臂9，水槽5上方對應的水平橫臂9上設有滴定機構(gòu)，所述的滴定機構(gòu)由上滴管1、量筒11和下滴管12組成，上滴管1的滴定口伸進量筒11內(nèi)部并與量筒11固定連接，量筒11的下端與下滴管12相連接，上滴管10和下滴管12上都設有控制滴定滴數(shù)的閥門13，所述的上滴管10的出口處對應的量筒11上設有滴定計數(shù)裝置14，所述的滴定計數(shù)裝置14由光電傳感器、信號接收器、信號發(fā)射器、數(shù)據(jù)采集器、顯示器和電源組成，所述的光電傳感器的兩端分別與信號接收器和信號發(fā)射器相連接，信號接收器與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與顯示器和電源相連接，信號發(fā)射器發(fā)出連續(xù)信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數(shù)，所述的水槽5內(nèi)設有溫度計15，當凝結(jié)水槽5內(nèi)的水時，可嚴格控制水槽5內(nèi)水的溫度，確保實驗結(jié)果準確，減小誤差，所述的水槽5內(nèi)的水層高為水槽5深度的1/4?1/3，防止由于水槽5內(nèi)的水過多，光線不能嚴格的豎直向上傳播，水對光的折射作用增大致使誤差增大，同時也防止在降溫凝結(jié)的過程中，用于水槽5內(nèi)的水結(jié)冰，導致膨脹，不利于輪廓的辨識和勾勒，所述的水槽5的底面寬度大于水槽5高度的2倍，防止冷凍凝結(jié)時冰的體積對油膜原形態(tài)產(chǎn)生影響，底面積較大的水槽5可減小體積變化帶來的誤差，所述的凹面鏡3的焦點正好處于水槽5底面的中心位置，保證折射的光線為平行的直線，降低實驗誤差，具有結(jié)構(gòu)簡單、實驗結(jié)果準確、便于學生操作和理解等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，設有操作板，其特征在于所述的操作板上設有油膜成型裝置和滴定裝置，所述的油膜成型裝置由降溫冰盒、凹面鏡、點光源、水槽、滑石粉層、和薄紙層組成，所述的降溫冰盒設在操作板的上端，降溫冰盒內(nèi)部的底端設有凹面鏡，凹面鏡的焦點處設有點光源，點光源經(jīng)導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡上端的降溫冰盒內(nèi)設有水槽，水槽內(nèi)設有水層，水層的上部設有滑石粉層，滑石粉層上端的水槽上設有用于描摹輪廓的帶有表格的薄紙層，所述的滴定裝置由支架、水平橫臂和滴定機構(gòu)組成，所述的支架的下端與操作板相連接，支架的上端設有水平橫臂，水槽上方對應的水平橫臂上設有滴定機構(gòu)，所述的滴定機構(gòu)由上滴管、量筒和下滴管組成，上滴管的滴定口伸進量筒內(nèi)部并與量筒固定連接，量筒的下端與下滴管相連接，上滴管和下滴管上都設有控制滴定滴數(shù)的閥門。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，其特征在于所述的上滴管的出口處對應的量筒上設有滴定計數(shù)裝置，所述的滴定計數(shù)裝置由光電傳感器、信號接收器、信號發(fā)射器、數(shù)據(jù)采集器、顯示器和電源組成，所述的光電傳感器的兩端分別與信號接收器和信號發(fā)射器相連接，信號接收器與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與顯示器和電源相連接，信號發(fā)射器發(fā)出連續(xù)信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數(shù)。3.—種油膜法測分子直徑的實驗儀器的操作方法，其特征在于操作步驟如下: (1).首先在容量瓶內(nèi)配置油酸-酒精溶液，利用量筒控制每100ML酒精中油酸的體積在5-6ML; (2).然后將配置好的油酸-酒精溶液倒入上滴管中，然后打開上滴管的閥門，將上滴管中的液體滴入量筒內(nèi)，記錄滴入量筒內(nèi)的滴數(shù)以及滴入量筒內(nèi)液體的體積； (3).記錄完數(shù)據(jù)后，再將下滴管上的閥門打開，滴入一滴油酸-酒精溶液于水槽上方的滑石粉層上，觀察到油酸推開滑石粉層形成單分子油膜； (4).待油膜穩(wěn)定后，將薄紙層置于水槽頂部，然后打開點光源，可以清晰的看到油膜與滑石粉層間的輪廓，對輪廓進行描摹并計算面積； (5).根據(jù)記錄數(shù)據(jù)利用公式d=V/S求出分子直徑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，其特征在于所述的水槽內(nèi)設有溫度計。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，其特征在于所述的水槽內(nèi)的水層高為水槽深度的I/4-1/3。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，其特征在于所述的水槽的底面寬度大于水槽高度的2倍。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，其特征在于所述的凹面鏡的焦點正好處于水槽底面的中心位置。8.根據(jù)權(quán)利要求3—種油膜法測分子直徑的實驗儀器的操作方法，其特征在于所述的步驟(4)中待油膜穩(wěn)定后，將冰塊加入降溫冰盒中，靜置待水槽內(nèi)水層結(jié)冰，然后將薄紙層置于水槽頂部，然后打開點光源，可以清晰的看到油膜與滑石粉層間的輪廓，對輪廓進行描摹并計算面積。
【文檔編號】G01B21/10GK105865393SQ201610424932
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】蒲元昊, 張海婷, 劉芊汝
【申請人】蒲元昊