油膜法

微觀量的計(jì)算，一般要用油膜法和估算法.計(jì)算微觀量，一般要涉及宏觀量和阿伏加德羅常數(shù).

⑴油膜法求分子的直徑.

將油膜視為單分子油膜，不考慮各油分子間的間隙，油膜分子視為球形，油分子的直徑等于油膜厚度.油分子的直徑

d=

[例1]將1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液.已知1 cm3的溶液有50滴，現(xiàn)取1滴油酸酒精溶于水，油酸在水面上形成一單分子薄層，已測出這一薄層的面積為0.2 m2，由此可估算油酸分子的直徑為_______m.

解析：1滴油酸酒精溶液中油酸體積V=(10^-6 m^3/50)*(1 cm^3/200 cm^3)=10^-10 m^3，則油酸分子的直徑d=V/S=5×10^-10 m.

點(diǎn)評：除油膜法計(jì)算分子大小外，如果在已知分子的體積V的情況下，對固體，液體還有方法：①當(dāng)分子視為球體時(shí)，有V=4π（d/2）3/3=πd3/6,d=；②當(dāng)分子視為立方體時(shí)，d=.對氣體，因分子的間距很大，不考慮氣體分子的大小.

⑵估算法求微觀量.

估算是從已知條件出發(fā)，運(yùn)用與題設(shè)條件密切相關(guān)的物理概念，規(guī)律和常數(shù)，對要求的問題作出合理的科學(xué)的估算的思維方法.

[例2]一熱水瓶中水的質(zhì)量約為2.2 kg，它所包含的水分子數(shù)目約為______（取二位有效數(shù)字，阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023 mol-1）.

解析：水的摩爾質(zhì)量M=18×10-3 kg/mol，則2.2 kg水所含水分子數(shù)N=(m/M)NA=7.3×1025.

點(diǎn)評：解估算題的依據(jù)，就是一些物理理論，公式和一些常數(shù)，常識等.本節(jié)估算題常用的理論依據(jù)：對固體，液體而言，分子體積V分=V（物質(zhì)體積）/N（分子總數(shù)），其中V=m（物質(zhì)質(zhì)量）/ρ（密度）；VA（摩爾體積）=M（摩爾質(zhì)量）/ρ；某物質(zhì)的分子數(shù)N=nNA=(m/M)NA=(V/VA)NA.若物質(zhì)是氣體，則VA=22.4 L，當(dāng)未給V的壓強(qiáng)和溫度時(shí)，則把V就近似認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積.d（分子直徑）=V（油滴體積）/S（單分子油膜面積）.常數(shù)或常識有阿伏加德羅常數(shù)，摩爾質(zhì)量等.

在高中物理的熱運(yùn)動(dòng)一章中曾講到分子大小的粗略測定方法——油膜法。其原理是測出一滴油珠的直徑D，根據(jù)公式V=1/6πD^3求出這滴油珠的體積，把這一滴油珠滴在較大水面上，使其面積盡量擴(kuò)散開，當(dāng)擴(kuò)散成單分子層油膜時(shí)，測出油膜的面積S，然后用公式 d=V/S求出油膜的厚度d。因?yàn)槭菃畏肿訉樱杂湍さ暮穸纫簿褪怯头肿拥闹睆健?

油膜法測分子大小的實(shí)驗(yàn)，在學(xué)校是不易做到的。例如，直徑為5mm油滴，把它滴在水面上，若擴(kuò)散成單分子層油膜，其面積大約是1．2×103m，相當(dāng)于邊長是34．5m的正方形的面積。如此大的水面，一般的學(xué)校是無法做到的。因此，學(xué)生也就無法獲得油膜法測分子大小的感性認(rèn)識。

為了加深對油膜法測分子大小實(shí)驗(yàn)方法的理解，我在教學(xué)中，給學(xué)生安排了一次模擬實(shí)驗(yàn)。方法是用小口徑量筒量得20ml小m，倒在一張八開紙上，把小m攤開成一層，用刻度尺測出小m的面積S，然后計(jì)算出小m層的厚度，也就是小m的直徑了。實(shí)驗(yàn)時(shí)，量小m體積的量筒用小口徑的（例如口徑是10mm）為好，量得小m的體積比較精確。

做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生都用學(xué)生尺慢慢地把小m推攏成一個(gè)矩形，再測它的面積。這樣做當(dāng)然測得的面積值是比較準(zhǔn)確些，但作為油膜法的模擬，這種有意把小m推攏成矩形側(cè)面積的做法是不科學(xué)的，因?yàn)橛湍げ粫?huì)擴(kuò)散成規(guī)則的幾何形狀。正確的做法是在攤開小m的過程中，把小m攤成任意形狀的平面，當(dāng)然盡可能讓小m一顆挨一顆。然后按實(shí)線所示的矩形測得近似的面積S，再計(jì)算出小m的厚度。這次實(shí)驗(yàn)，各小組測得小m的直徑約在1．14mm～1.31mm之間。在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，我用游標(biāo)卡尺測了六顆小m的直徑，約在1.26mm～1.32mm之間。

如果仔細(xì)觀察一下小m的形狀可以發(fā)現(xiàn)，小m是扁圓形的，把小m攤成單層以后，絕大多數(shù)小m都成平放狀態(tài)，很少是豎立起來的；再者，小m是固體，沒有流動(dòng)性，在自然攤成任意形狀平而的情況下，不易真正做到所有小m都是一顆挨一顆的，由于這些因素，把小m攤成平面面積比真實(shí)單層小m平均面積稍大，求得單層小m厚度比真實(shí)平均厚度稍小。若用油菜籽做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)更好些。2100433B

⑴借比法理解"油膜法"的原理.

⑵模型法理解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu).

物理上有許多模型，它可分為：①物體模型，如質(zhì)點(diǎn)，恒壓電源等；②狀態(tài)模型，如靜止，勻速運(yùn)動(dòng)等；③過程模型，如氣體的等溫過程等.物理上的"理想模型",就是為了便于研究問題而建立的一種高度抽象的理想客體或理想過程."理想模型"是現(xiàn)實(shí)世界中找不到的東西，但是，"理想模型"是以客觀實(shí)在為原型的，是對客觀事物或過程的一種近似反映，它突出反映了客觀事物或過程的某一主要矛盾或主要特性，完全忽略了其他方面的矛盾或特性.物理學(xué)中創(chuàng)建的"理想模型",叫做"物理模型",也簡稱模型.運(yùn)用"理想模型"及其理論解決問題的方法就是模型法.

物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的三種理想模型分別是：①把分子視為球形模型[V分=4π（d/2） 3/3=πd3/6]；②把分子視為立方體模型（V分=d3）；③每個(gè)氣體分子位于相同一個(gè)立方體的中心模型（把氣體分子理想地假設(shè)為：分子均勻分布，并且每個(gè)分子所占有的空間為相同的正立方體，氣體分子在立方體的中心.分子的平均間距等于正立方體的邊長L，即d=L).

本節(jié)的重點(diǎn)是掌握油膜法粗測分子的大小，記住一般分子直徑的數(shù)量級，能根據(jù)宏觀量和阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算微觀量.本節(jié)常見的題型為選擇題，定性分析較多，定量計(jì)算較少. 命題熱點(diǎn)是粗測分子大小的油膜法.

油膜剛度指油膜承載力對偏心距的導(dǎo)數(shù)，即油膜承載力增量與偏心距增量之比值。

中文名稱

油膜剛度

英文名稱

oil film stiffness

定　　義

油膜承載力對偏心距的導(dǎo)數(shù)，即油膜承載力增量與偏心距增量之比值。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），機(jī)械零件（二級學(xué)科），滑動(dòng)軸承（三級學(xué)科）

噴霧撞壁后，在壁面形成了油膜，從而出現(xiàn)了液滴二次霧化現(xiàn)象，引起蒸發(fā)速率下降，部分燃油甚至脫離了主要燃燒階段，液滴被氧化，以未燃碳?xì)浠衔锏男问脚懦觯绕涫窃诎l(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)和低速、低負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)。在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的研究中，人們發(fā)現(xiàn)缸套和活塞頂上的燃料油膜是產(chǎn)生較高 HC和 PM排放的重要原因。