高二物理教案分子热运动 能量守恒-物体是由大量分子组成的2

第一篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-物体是由大量分子组成的2

物质是由大量分子组成的

教学目的

1．了解物质是由大量分子组成。

2．了解分子虽小但是可认识的。

3．通过测量分子的直径和质量，教给学生研究物理问题的方法。

教学重点

分子小，小到什么程度。物体中分子多，多到什么程度。（认识分子）

教

具

一定量的小米、米尺一把、量筒一个。（每组一套）

教学过程

引言：前七章学习了有关力学方面知识，认识了力和运动一些规律。从第八章开始学习有关热学方面知识。初中也学过一些热现象，对其本质也用分子动理论去认识，但很不够。这一章要进一步学习分子动理论的知识，并讨论热现象的本质及包括热能在内的能量转化和守恒定律。

一、复习提问

初中学过的分子动理论基本内易有哪几点？

应答：物质是由大量分子组成的、分子不停地做无规则运动、分子之间有相互作用力。

二、新课教学

1．提问：什么是分子？

应答：组成物质的最小微粒叫分子。

问：分子到底有多大？用什么方法才能测出分子的大小？

让学生做启发性实验：用一个量筒、一把米尺、一定量的小米，若把小米看成是球形的，测出小米的直径。

做法：应先用量筒测出一定量小米的体积V，再将这些米平摊在水

找学生回答测分子直径的方法：首先应想到用油来进行测量。

先测出油的体积，然后将这些油全部滴到水面上，油散开形成单分子层。测出油层面积，若把分子看成球形，单分子油膜的厚度可以认为等于油分子直径。

教师提出：用上述方法测得结果知道分子直径的数量级是10－10m。

钨原子直径为2×10－10m；水分子直径为4×10－10m；氢分子直径为2.3×10-10m。

可见分子是非常非常之小，因此宏观物体都是由大量分子组成的。2．组成物质的分子有多少？ 提问：化学中学过1mol的任何物质所含有的微粒数都相同，这个数有多大？

应答：是阿佛加德罗常数：6.02×1023个。教师提出阿佛加德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断地用各种方法测定它，以期得到更精确的值。

提问：现在已知1个水分子的直径为4×10-10m，1mol,水的质量是0.018kg，求lmol水中所含的水分子数。

解：根据已知条件可知lmol水的体积是1．8×10-5m3，每个分子

3．分子的质量是多少？

根据阿佛加德罗常数很容易算出分子的质量。让学生讨论解出下题： 已知1mol氢气的质量是2．016g，在标准状况下氢的密度是9.0×10－5g/cm3，求每个氢分子的质量是多少？

学生一般可讨论出两种方法：

解法1：1mol氢气的质量合2.016×10-3kg，里面含有6.02×1023个分子，则1个氢分子质量为

解法2：在标准状况下1mol气体体积是22.4L，则1个氢分子质量为

4．实际上分子与分子间有空隙。

教师演示酒精与水混合后体积减小的实验来证实。

小结：综上所述可知分子的体积和质量都是很小很小的，宏观物质是由大量分子组成的。

三、布置作业（略）

第二篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-物体是由大量分子组成的

第十一章 分子热运动 能量守恒

我们通常把中学物理知识分为五大块：力学、热学、电磁学、光学和原子物理。随着第十章的结束，我们就完成了力学的新课学习。热学包括第十一、第十二两章内容，从知识份量上来，远远少于力学。事实上，中学热学知识的深度也远远小于力学，如果把大学（普通）物理的深度比做十分，中学的力学可能已经到了五至六分，而热学则不到一分，可以说只是了解一些皮毛而已。这是因为热学的研究需要深入微观空间，不象力学一样直观、表象，所以要常常用到一些特殊的方法，涉及的数学工具也比较深奥。这就意味着，知识内容虽少，理解的难度依然存在，不能认为就很轻松。在学习方向方面，我们不是重在定量的训练（过去的教材中关于气体知识的运算量较大，从本届起也砍掉了），而是要定性地建立一些有用的观念（如守恒的观念、统计的观念、熵增大的观念等），为高一级学校的学习做好思想方面的准备。

从两个章节的授课安排来看，下一章主要是阅读知识，相对的重点落在第十一章。第十一章分三个单元：分子动理论（第1 ~ 3节）、内能介绍（第4节）、热力学两个定律（第5、6、7节）。

热学的知识和其它领域相对独立，但仍然和我们的生产生活、科学技术密切相关，希望大家给予一定的重视。

§11~1 物体是由大量分子组成的

【教学目的】

1、知道物体是由大量分子组成的，知道分子的模型、大小、质量

2、知道用油膜法测定分子大小的原理

3、理解阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁，并会用阿伏加德罗常数进行相关的计算 【教学重点】

知道物体是由大量分子组成的，知道分子的模型、大小、质量 【教学难点】

结合阿伏加德罗常数对分子大小、质量进行计算时，分子的排列模式处理（是球形还是立方体）【教具】

投影仪、扫描隧道显微镜拍摄的石墨照片、电子显微镜拍摄的硅原子照片 【教学过程】

○、引入

看到今天的标题，我们就会想到化学中关于物质组成的知识。事实上，今天的课差不多就是这部分知识的复习，只是某些素材和研究的途径略有不同。

一、分子的大小

人们在认识物质组成方面的历史，我们已经知道得比较多了，这里不在赘述。设问：什么是分子？

学生：分子是物质保持化学性质的最小单位，它可以包括单个或多个原子。我们下面从物理学的角度介绍一下人们认识分子组成的典型事实——

1、相关事实

扫描隧道显微镜观察（教材彩图2）→根据放大率反推分子大小 *电子显微镜（照片）→根据放大率反推分子大小 单分子油膜法

a、原理„，以油酸分子呈立方体排列“估算”→关系：d =

V Sb、操作：油酸→稀释→滴入→酒精溶解→撒石膏粉（或痱子粉）取膜→面积计算

例题：将1cm的油酸溶于酒精，制成200cm的的油酸酒精溶液。已知1cm溶液有50滴，现取其1滴，将它滴在水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子

2薄层。现已测得这个薄层的面积为0.2m，试由此估算油酸分子的直径。

3331106/200V-1050解：d = = = 5×10 m 0.2S答：略。

用不同的途径测量，发现不同的分子，其大小虽然各不相同，但它们的数量级是相同的——

2、分子的大小：10-10 m数量级 m在波动光学中也称之为1埃（A），它是纳米的十分之一。

过渡：分子的线度是如此之小，那么组成物体的分子个数必然是巨大的。分子的线度和组成物体的分子个数除了实验测量之外，还有没有理论的方法寻求呢？

二、阿伏加德罗常数

（化学知识复习）一摩尔的任何物质都含有相同的„

－

1、阿伏加德罗常数：1mol的任何物质所含的粒子数，即：NA = 6.02×1023 mol

1－（精确值为6.0221367×1023 mol1）

显然，有了阿伏加德罗常数、摩尔质量，我们就能将宏观量和微观量联系起来进行计算。阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的重要纽带。

2、分子大小和质量的计算

当然，在计算方面，除了重复化学科目已经做过的一些处理外，还有一个分子怎么排布的问题。有关这方面的详细知识，在下一章会具体介绍。今天，我们会用到一些相对“模糊”的处理。具体怎么个模糊法，看下面的例题——

33-3例题：已知金刚石的密度ρ= 3.5×10 kg/m，碳的摩尔质量为12×10 kg/mol。-10

o

现有一块体积V = 5.7×10 m的金刚石，它含有多少个碳原子？如果认为碳原子是紧密地排列在一起的，试求碳原子的直径。

解：第一问很常规，属化学知识复习。-8

33.51035.7108VM23N = n NA = NA = ×6.02×10 = 1.00×NA= 3MmolMmol121010

解第二问，可以先求每个碳原子所占据的空间 2

2MmolV12103VV-303v = = = = = = 5.70×10 m 323VNnNA3.5106.0210NANAMmol如果认为碳原子呈立方体排列，碳原子的直径d = 3v = 1.79×10 m

-10如果认为碳原子呈球形排列，则 v =-10

4d36vπ（），故，碳原子的直径d = 3 32= 2.22×10 m 这两种算法导致的结果差异较大，第二种看起来似乎更精确，但只要稍做思考，就会发现这样的问题：如果把每个分子所占的空间作为每个分子的体积，那么，分子之间的间隙不是不存在了吗？。所以，第一种算法事实上更为符合事实。

3从本题的第一问可以看到，57mm的钻石（相当于钻戒上的一颗小钻石）所含的碳22原子居然有10个！这个数字是庞大的，也就是说，物体是由大量分子组成的。建立起这样的观念非常重要。

第二问则告诉我们，遇到分子间距和质量的问题，除了化学的知识复习之外，还要进行物理的思考„

三、小结

本节我们学习了两部分内容…。知识的重点还在对化学知识的复习，建立起“物体是由大量分子组成的”这样的观念。在分子的排布方面，我们可以相机行事，具体问题具体分析。分子所占的空间和分子本身的大小是有差距的，这样的情形在气体中将会更加明显。

四、作业布置

教材P71第（1）（2）（3）（4）题，上作业本

《优化设计》P58第1、2、3、4、5、6题，做在书上 【板书设计】

注意“教学过程”的灰色部分，即是板书计划。【教后感】

分量非常合适，计划贯彻也很到位。主要还是备课细致，每个环节都想到了。具体

教学的过程中，非常理智，语言都差不多按教案设计的内容“发言”，完全没有随意性。

要说缺点，教学过程平淡了一些，差了一点激情。此外，关于分子排布和分子之间有间隙的问题，没有作业题照应，巩固就成了问题。

第三篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-热力学第二定律2

热力学第二定律

教学目标

①、了解热力学第二定律的发展简史，②、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可以制成。③、了解热传导的方向性，④、了解热力学第二定律的两种表述方法，以及这两种表述的物理实质，⑤、了解什么是能量耗散 教学重点

热力学第二定律及所反映出的热现象的宏观过程的方向性。教学难点

热力学第二定律中所描述的 “不发生其他变化” 教学方法

多媒体辅助教学，分析讨论讲解相结合 教学器材

多媒体演示系统、自制电脑教学软件 教学过程

一、引入新课

1、复习提问

①热力学第一定律的内容是什么？ ②第一类永动机为什么没有制成？ ③能量守恒定律是怎样表述的？

2、引入新课

教师说明：在能量守恒定律中，存在着能量的 “转移”和 “转化”，具体到热力学第二定律，内能和内能之间存在着“转移”以及内能和机械能之间也存在着“转化”的过程，引入课题：热力学第二定律。

二、新课教学

（一）内能的转移

内能转移实质就是热传递。举例： 冰箱中的冰激凌在停电时的融化过程，引导学生分析融化的原因。（热量可以从高温物体传递给低温物体）冰箱里的冰激凌在冰箱正常工作时并没有融化。

进一步引导学生思考热量只能从高温物体传递给低温物体这种说法是否妥当。如果不妥当应该怎样说。从而得出所谓的热量从高温物体向低温物体传递是一个自发的过程，热量从低温物体向高温物体转移需要其他的物理过程参与。以模拟动画说明内能转移过程的方向性）得出热力学第二定律克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他变化。

内能转移过程的方向性

说明: 不产生其他变化是指没有其他物理过程参与

（二）内能和机械能之间的转化

瓦特蒸汽机的发明说明人们开始了热机理论的研究，（“热机”就是一种把内能转化为机械能的机械）

1824年，卡诺在《论火的动力》中指出 “凡是有温度差的地方就能够发生动力” 1834年，克拉珀龙把卡诺这一思想几何化为“卡诺循环” 热机从高温热源吸收热量Q，其中一部分对外做功W，另一部分被释放给低温热源，根据能量守恒定律

Q1 = Q2 + W η=W/ Q1 =(Q1-Q2)/Q1 =1-Q2/ Q1

可以知道Q2 越少，η越高

于是人们就考虑能否让Q2不存在，这样就可以产生一个η=100％的热机，就可以产生另一种永动机，可以看到这种机械并不违反能量守恒定律，这一类永动机叫第二类永动机。第二类永动机：能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化的机械。

如果这一类永动机能够制成，它就可以从外界诸如空气、海洋、土壤等单一热源中不断地吸取能量，而对外做功。众所周知在空气和海洋中内能是取之不尽的，这样的话飞机不用带油箱，轮船不用带燃料。人们为此做出了许多努力，做了大量的尝试，但是第二类永动机始终还是没能制成。伴随着一次次的失败，终于认识到第二类永动机是不可能制成的。这个结论是开尔文首先提出来的。

开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他变化。即:第二类永动机是不可能制成的。

说明热力学第二定律两种表述形式实质是一样的，只是侧重角度不同：

1、克劳修斯表述体现热传导的方向性

2、开尔文表述体现机械能和内能之间转化的方向性 能量耗散

引导学生阅读46页能量耗散的内容并归纳出自然界中的能量有的便于利用而有的不便于利用，内能作为能量发展的最终形式是没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用。

举例：电能转化为光能再转化为内能：烤火时高温物体的内能变为低温物体的内能都是无法将散失的内能重新再利用能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性。说明能量耗散不是能量损失，只是可便于利用的能量减少了。第四环节：强调“方向性”进行小结，使课堂难点、重点突出。

总结扩展：热力学第二定律提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要自然规律。

说明：不仅仅在物理上存在这种“方向性”，在其他领域也都存在。比如：化学中的不可逆反应;生物中的进化过程的不可逆都说明了这一点。

第五环节：思考练习：以简答的形式来巩固“方向性”和对热力学第二定律内容的理解。

第四篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-热力学第二定律

热力学第二定律

课时：1 课时

教学要求：

1、以热传导和机械能与内能的相互转化为例，让学生知道宏观热学过程是有方向性的；

2、让学生知道第二类永动机是不可能制成的；

3、让学生初步了解热力学第二定律的两种内容 表述，并能用之去解释一些简单的现象；

教学过程：

一、引入新课：

有趣的问题：地球上有大量海水，它的总质量约为1.4×1018 t，只要这些海水的温度0.1℃，就能放出5.8×1023 J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量。为什么人们不去研究这种“新能源”呢？原来，这样做是不可能的。这涉及物理学的一个基本定律。

二、新课讲授：

（一）热传导的方向性：

大家都有这样的经验：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高。从未有过这样的现象：热量会自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。（这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的影响或者帮助）也许会产生一个疑问：电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气？这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把箱内的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使箱内的温度逐渐升高。

在这里，我们看到，热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其化影响或引起其化变化。

（二）第二类永动机：

一个在水平地面上运动的物体，由于克服磨擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化为内能，使物体和地面的温度升高。但是，人们决不会看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，温度降低，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来！

有人可能提出一种设想：发明一种热机，它可以把物体和地面磨擦所生的热量都吸收过来，对物体做功，将内能全部转化为动能，使物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化。这是一个非常诱人的设想。这个设想并不违反能量守恒定律，若真能制成这种热机，本节开始时提到的，单从海水中吸取热量来做功，就成为可能了，“能源问题”也就解决了。

热机是一种把内能转化为机械能的装置。以内燃机为例：气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2。

我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用表示，则有：

= W / Q1实际上，热机不能把它得到的全部内能转化为机械能。以汽车内燃机为例：只有当气缸中工作物质的温度比大气温度高时内燃机才能工作，所以Q2这部分热量是不可避免的。热机工作时，总要向冷凝器散热，总要由工作物质带走一部分热量Q2，所以总有Q1＞W。因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机，效率只有20%∽30%，燃气轮机的效率比较高，也只能达到60%。即使是理想热机，没有磨擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中。

第五篇：高二物理教案11.1.物质是由大量分子组成的.doc

学习资 料

物质是由分子组成的

一、教学目标

1．在物理知识方面的要求：

（1）知道一般分子直径和质量的数量级；

（2）知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位；（3）知道用单分子油膜方法估算分子的直径。

2．培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。

3．渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。

二、重点、难点分析

1．重点有两个，其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；其二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、分子数等）的方法。

2．尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。

三、教具

1．教学挂图或幻灯投影片：水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子分布的图样。

2．演示实验：演示单分子油膜：油酸酒精溶液（1∶200），滴管，直径约20cm圆形水槽，烧杯，画有方格线的透明塑料板。

四、主要教学过程

（一）热学内容简介

1．热现象：与温度有关的物理现象。如热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等都是热现象。

2．热学的主要内容：热传递、热膨胀、物态变化、固体、液体、气体的性质等。

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学习资 料

3．热学的基本理论：由于热现象的本质是大量分子的无规则运动，因此研究热学的基本理论是分子动理论、能的转化和守恒规律。

（二）新课教学过程

1．分子的大小。分子是看不见的，怎样能知道分子的大小呢？（1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。

介绍并定性地演示：如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。

提问：已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？ 在学生回答的基础上，还要指出：

①介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，为了书写方便，习惯上用科学记数法写成10的乘方数，如3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级，那么1×10-10m和9×10-10m，数量级都是10-10m。

②如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V/S，根据估算得出分子直径的数量级为10-10m。

（2）利用离子显微镜测定分子的直径。

看物理课本上彩色插图，钨针的尖端原子分布的图样：插图的中心部分亮点直接反映钨原子排列情况。经过计算得出钨原子之间的距离是2×10-10m。如果设想钨原子是一个挨着一个排列的话，那么钨原子之间的距离L就等于钨原子的直径d，如图2所示。

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学习资 料

（3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是10-10m。例如水分子直径是4×10-10m，氢分子直径是2.3×10-10m。

（4）指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。

2．阿伏伽德罗常数

向学生提问：在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确1mol物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数……）都相同。此数叫阿伏伽德罗常数，可用符号NA表示此常数，NA=6.02×1023个/mol，粗略计算可用NA=6×1023个/mol。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法测量它，以期得到它精确的数值。）

再问学生，摩尔质量、摩尔体积的意义。

如果已经知道分子的大小，不难粗略算出阿伏伽德罗常数。例如，1mol水的质量是0.018kg，体积是1.8×10-5m3。每个水分子的直径是4 子是一个挨着一个排列的。

提问学生：如何算出1mol水中所含的水分子数？

3．微观物理量的估算

若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。

提问学生：1mol水的质量是M=18g，那么每个水分子质量如何求？

提问学生：若已知铁的原子量是56，铁的密度是7.8×103kg/m3，试求质量是1g的铁块中铁原子的数目（取1位有效数字）。又问：是否可以计算出铁原子的直径是多少来？

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学习资 料

归纳总结：以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。

阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数（曾经学过的万有引力恒量也是一个重要常数）。物理常数是物理世界客观规律的反映。一百多年来，物理学家想出各种办法来测量它，不断地努力，使用一次比一次更精确的测量方法。现在测定它的精确值是NA=6.022045×1023/mol。

（三）课堂练习

1．体积是10-4cm3的油滴滴于水中，若展开成一单分子油膜，则油膜面积的数量级是 [ ] A．102cm2 B．104cm2 C．106cm2 D．108cm2 答案：B 2．已知铜的密度是8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量是63.5×10-3kg/mol。体积是4.5cm3的铜块中，含有多少原子？并估算铜分子的大小。

答案：3.8×1023，3×10-10米。

五、课堂小结

1．物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有10-10米的数量级。

2．阿伏伽德罗常数是物理学中的一个重要常数，它的意义和常数数值应该记住。3．学会计算微观世界的物理量（如分子数目、分子质量、分子直径等）的一般方法。由于微观量是不能直接测量的，人们可以测定宏观物理量，用阿伏伽德罗常数作为桥梁，间

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学习资 料

接计算出微观量来。如分子质量m，可通过物质摩尔质量M和阿伏伽德罗常数NA，得到m=M/NA。通过物质摩尔质量M、密度ρ、阿伏伽德罗常数NA，计算出分子直径

六、说明

1．由于课堂内时间限制，单分子油膜法测定分子直径的实验不可能在课堂上完成全过程。在课堂上让学生看到油膜散开现象和油膜面积的测量方法即可。

要想造成单分子油膜，必须选用脂肪酸类，如油酸C17H33COOH或棕榈酸C15H31COOH，这类脂肪酸分子的形状为长链形，它的羧基一端浸入水中，而烃链C17H33伸在水面上方，造成油酸长分子在水面上垂直排列，如图3所示。

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