一種油膜法測分子直徑的實驗儀器的製作方法

2023-05-06 06:33:11

本實用新型涉及中學物理油膜法測分子直徑技術領域，具體地說是一種結構簡單、實驗結果準確、便於學生操作和理解的油膜法測分子直徑的實驗儀器。

背景技術：

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，測量並計算出每滴溶液中油酸的體積，然後在水槽內盛放一定量的水，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，通過方格數量得知油膜面積，然後用公式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，甚至產生數量級的差異；且油酸在水面展開形成的單分子油膜系統十分不穩定，稍有晃動便功虧一簣。

技術實現要素：

本實用新型的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種結構簡單、實驗結果準確、便於學生操作和理解的油膜法測分子直徑的實驗儀器。

本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，設有操作板，其特徵在於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，點光源經導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡上端的降溫冰盒內設有水槽，水槽內設有水層，水層的上部設有滑石粉層，滑石粉層上端的水槽上設有用於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，所述的滴定機構由上滴管、量筒和下滴管組成，上滴管的滴定口伸進量筒內部並與量筒固定連接，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的閥門。

本實用新型所述的上滴管的出口處對應的量筒上設有滴定計數裝置，所述的滴定計數裝置由光電傳感器、信號接收器、信號發射器、數據採集器、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射器相連接，信號接收器與數據採集器相連接，數據採集器與顯示器和電源相連接，信號發射器發出連續信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數據採集器，數據採集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數。

本實用新型所述的水槽內設有溫度計，當凝結水槽內的水時，可嚴格控制水槽內水的溫度，確保實驗結果準確，減小誤差。

本實用新型所述的水槽內的水層高為水槽深度的1/4~1/3，防止由於水槽內的水過多，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的過程中，用於水槽內的水結冰，導致膨脹，不利於輪廓的辨識和勾勒。

本實用新型所述的水槽的底面寬度大於水槽高度的2倍，防止冷凍凝結時冰的體積對油膜原形態產生影響，底面積較大的水槽可減小體積變化帶來的誤差。

本實用新型所述的凹面鏡的焦點正好處於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。

本實用新型由於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，點光源經導線與外部電源相連接，所述的凹面鏡上端的降溫冰盒內設有水槽，水槽內設有水層，水層的上部設有滑石粉層，滑石粉層上端的水槽上設有用於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，所述的滴定機構由上滴管、量筒和下滴管組成，上滴管的滴定口伸進量筒內部並與量筒固定連接，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裝置，所述的滴定計數裝置由光電傳感器、信號接收器、信號發射器、數據採集器、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射器相連接，信號接收器與數據採集器相連接，數據採集器與顯示器和電源相連接，信號發射器發出連續信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數據採集器，數據採集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數，所述的水槽內設有溫度計，當凝結水槽內的水時，可嚴格控制水槽內水的溫度，確保實驗結果準確，減小誤差，所述的水槽內的水層高為水槽深度的1/4~1/3，防止由於水槽內的水過多，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的過程中，用於水槽內的水結冰，導致膨脹，不利於輪廓的辨識和勾勒，所述的水槽的底面寬度大於水槽高度的2倍，防止冷凍凝結時冰的體積對油膜原形態產生影響，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於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，具有結構簡單、實驗結果準確、便於學生操作和理解等優點。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型中滴定計數裝置數據傳輸示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進一步說明：

如附圖所示，一種油膜法測分子直徑的實驗儀器，設有操作板1，其特徵在於所述的操作板1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1的上端，降溫冰盒2內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內設有水槽5，水槽5內設有水層，水層的上部設有滑石粉層6，滑石粉層6上端的水槽5上設有用於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和滴定機構組成，所述的支架8的下端與操作板1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，所述的滴定機構由上滴管10、量筒11和下滴管12組成，上滴管10的滴定口伸進量筒11內部並與量筒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上設有滴定計數裝置14，所述的滴定計數裝置14由光電傳感器、信號接收器、信號發射器、數據採集器、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射器相連接，信號接收器與數據採集器相連接，數據採集器與顯示器和電源相連接，信號發射器發出連續信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數據採集器，數據採集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數，所述的水槽5內設有溫度計15，當凝結水槽5內的水時，可嚴格控制水槽5內水的溫度，確保實驗結果準確，減小誤差，所述的水槽5內的水層高為水槽5深度的1/4~1/3，防止由於水槽5內的水過多，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的過程中，用於水槽5內的水結冰，導致膨脹，不利於輪廓的辨識和勾勒，所述的水槽5的底面寬度大於水槽5高度的2倍，防止冷凍凝結時冰的體積對油膜原形態產生影響，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的焦點正好處於水槽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。

本實用新型在使用時，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，然後將配置好的油酸-酒精溶液加入到上滴管10中，然後打開上滴管10的閥門13，進行計數滴定進量筒11內，記錄滴定的滴數和量筒11內的體積，然後再打開下滴管12的閥門13，滴一滴在水槽5內，觀察到水槽5內的滑石粉層6形成單分子油膜，待油膜穩定後，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，再對輪廓進行描摹並計算面積，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定的隱患，在此過程中可以利用凝結法穩定油膜結構，進而使學生更直觀的看出油膜結構，在實驗儀器上的降溫冰盒2內放入冰塊對水槽5內的水進行降溫，根據溫度計15上的示數控制降溫溫度，待水槽5內的水凝結成冰後，可對凝結後的油膜和滑石粉層6的邊界進行輪廓勾勒，再利用公式求出分子直徑，本實用新型放棄了在水面上墊厚玻璃板的傳統方法，轉而在水槽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，由於垂直投射，水槽5底部的玻璃層並不會折射光線，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，同時我還給該系統降溫使其凝結，得到了穩定的油膜系統，避免了因油膜不穩定帶來的困擾，實驗結果表明改進試驗能夠較為穩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，本實用新型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並加入，再加入酒精溶液使其達到標記位，保證油酸的濃度合理，同時本實用新型中的現有結構及它們之間的相互連接關係與現有技術相同，此不贅述。

本實用新型由於所述的操作板1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1的上端，降溫冰盒2內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內設有水槽5，水槽5內設有水層，水層的上部設有滑石粉層6，滑石粉層6上端的水槽5上設有用於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和滴定機構組成，所述的支架8的下端與操作板1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，所述的滴定機構由上滴管10、量筒11和下滴管12組成，上滴管10的滴定口伸進量筒11內部並與量筒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上設有滴定計數裝置14，所述的滴定計數裝置14由光電傳感器、信號接收器、信號發射器、數據採集器、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射器相連接，信號接收器與數據採集器相連接，數據採集器與顯示器和電源相連接，信號發射器發出連續信號，當光電傳感器接收到信號時，信號接收器將信號傳遞給數據採集器，數據採集器將信號傳遞給顯示器，顯示器顯示出滴定滴數，所述的水槽5內設有溫度計15，當凝結水槽5內的水時，可嚴格控制水槽5內水的溫度，確保實驗結果準確，減小誤差，所述的水槽5內的水層高為水槽5深度的1/4~1/3，防止由於水槽5內的水過多，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的過程中，用於水槽5內的水結冰，導致膨脹，不利於輪廓的辨識和勾勒，所述的水槽5的底面寬度大於水槽5高度的2倍，防止冷凍凝結時冰的體積對油膜原形態產生影響，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的焦點正好處於水槽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，具有結構簡單、實驗結果準確、便於學生操作和理解等優點。