新教材同步系列2024春高中物理第一章分子动理论2实验：用油膜法估测油酸分子的大形件新人教版选择性必修第三册

第一章分子动理论2实验：用油膜法估测油酸分子的大小学习目标学法与考法1．会用油膜法估测分子的大小(重难点)2．体会通过测量宏观量估算微观量的方法(难点)

学法：①通过动手、动脑进行实验探究，掌握用油膜法估测分子大小的方法．②通过练习，学会运用计算轮廓内正方形的个数的方法处理实验数据，并计算分子的大小考法：①对实验原理和实验操作的考查．②对实验数据处理的考查知识导图

课前•自主预习一、实验目的1．估测油酸分子的大小．2．学会间接测量微观量的原理和方法．二、实验原理三、实验器材清水、浅盘、胶头滴管(或注射器)、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．四、实验步骤1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差．2．配制油酸酒精溶液，取油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500mL含1mL纯油酸的油酸酒精溶液．3．用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n．4．向浅盘里倒入约2cm深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上．5．用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上．6．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．7．重复以上实验步骤，多测几组数据并算得油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小．六、注意事项1．实验前将所有器材用具擦洗干净．2．痱子粉用量不要太大，油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜．3．浅盘要水平放置，其中的水面离盘口距离应较小，以便准确地画出油膜的形状．七、误差分析1．稀释油酸的实际浓度和理论值间存在偏差．2．一滴稀释油酸的实际体积和理论值间存在偏差．3．油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差．4．采用“互补法”(即不足半个的舍去，大于半个的算一个)计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差．课堂•重难探究－对实验原理和实验操作的考查例1

(2023年广州华附期中)某实验小组完成“用油膜法测油酸分子大小”的实验．(1)该实验中的理想化假设是__________．A．将油膜看成单分子层油膜B．不考虑各油酸分子间的间隙C．不考虑各油酸分子间的相互作用力D．将油酸分子看成球形(2)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：__________(用字母符号表示)．(3)某次实验，配置油酸酒精溶液时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸5mL，用注射器测得0.5mL上述溶液有100滴，则一滴油酸的体积为________mL．把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，轮廓线内约________格．图中正方形小方格的边长为2cm，油酸膜的面积为______cm2，则油酸分子的直径是________m．(最后一空结果保留2位有效数字)(4)某次实验时，该小组四个同学都发生了一个操作错误，导致最后所测分子直径偏大的是

(

)A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了B．乙同学用注射器测得102滴油酸酒精的溶液为0.5mL，不小心错记录为100滴C．丙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取一溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗D．丁同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格【答案】(1)ABD

(2)DBFEC

(3)2.5×10－5

64

256

9.8×10－10

(4)AB【解析】(1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子层分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间空隙不计，故选ABD．(2)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液(记下配制比例)→测定一滴酒精油酸溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径，因此操作先后顺序排列应是：DBFEC．变式1

(2023年广州执信中学联考)某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验．(1)下列说法中正确的是________．A．该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的单层分子膜B．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小C．计算油膜面积时将所有不完整的方格当做完整方格计入，会使实验结果偏小D．分子直径近似等于油酸酒精溶液的体积与油膜的面积之比(2)每滴油酸酒精溶液的体积为V，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S．溶液的浓度为ρ，则油酸分子直径大小的表达式为d＝________．(3)某同学在配制一定浓度的油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，因此导致所测的分子直径将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．(4)若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为ρ0，则体积为V油酸所含分子数为________．－对处理实验数据的考查例2在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用量筒和注射器测得60滴这样的溶液为1mL，用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里，待油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图所示．图中正方形小方格的边长为2cm．(计算结果均保留2位有效数字)(1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_______mL；(2)根据上述数据及图中的面积，估测出油酸分子的直径是____m；(3)下列说法正确的是(多选)

(

)A．选用油酸酒精溶液而不是纯油酸，目的是让油酸尽可能散开，形成单分子油膜B．若油酸没有充分散开，油酸分子直径的计算结果将偏小C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，油酸分子直径的计算结果将偏大D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，油酸分子直径的计算结果将偏小【答案】(1)1.7×10－5

(2)7.1×10－10

(3)AC变式2在“用油膜法估测分子大小”的实验中．(1)某同学计算出的结果明显偏大，可能是由于 (

)A．油酸未完全散开B．油酸中含有大量酒精C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴(2)在做实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器测得1mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油膜的近似轮廓如图所示．图中正方形小方格的边长为1cm，根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________nm．【答案】(1)AC

(2)0.41．实验中为什么用油酸而不用其他液体？提示：油酸能在水面上形成单分子层油膜，油酸分子的一端对水有很强的亲和力，被水吸引在水中，另一端对水没有亲和力，便冒出水面，油酸分子都是直立在水面上的，单分子油膜的厚度等于油酸分子的长度．若把分子当成小球，油膜的厚度也就等于分子的直径(如图所示)．2．实验中为什么用酒精对油酸进行稀释？提示：用酒精对油酸进行稀释是为了获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜．同时酒精易挥发，不影响测量结果．3．实验中为什么在水面上撒痱子粉？提示：撒痱子粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓．小练•随堂巩固1．利用油膜法估测分子的大小，需要获得的物理量是 (

)A．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的质量和它的密度B．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它的密度C．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成油膜的最大面积D．所形成油膜的厚度和它的密度【答案】C2．为了减小“用油膜法估测分子的大小”的误差，下列方法可行的是 (

)B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些C．先在浅盘中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形【答案】B3．(多选)“用油膜法估测分子直径”的实验基础是 (

)A．把油酸分子视为球形，其直径即为油膜的厚度B．让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜C．油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积D．油酸分子直径的数量级是10－15m【答案】AB【解析】油酸在水面上形成单分子油膜，将油酸分子视为球形，其分子直径即为膜的厚度，它等于滴在水面上的纯油酸的体积除以油膜的面积，而酒精已溶于水且会挥发，故A、B正确，C错误．油酸分子直径的数量级为10－10m，故D错误．4．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸上正方形小方格的边长为10mm，该油膜的面积是________m2，若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是4×10－6mL，则油酸分子的直径是