1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 学案（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第三册

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1、第第 2 节节 实验实验：用油膜法估测油酸分子的大小：用油膜法估测油酸分子的大小 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、实验思路 1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，如图所示。 2.将油酸分子视为球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积。 3.用 dV S计算出油膜的厚度(V 为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S 为油膜面 积)，这个厚度就近似等于油酸分子的直径。 三、实验器材 清水、盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏 粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。 谨记部分器材用途 盛水浅盘 提供平静的水面

2、 坐标纸、玻璃板 描绘单分子油膜的形状 痱子粉 撒在水面上使油膜边界清晰 油酸酒精溶液 获得单分子油膜 四、物理量的测量 1.取 1 mL 油酸溶于酒精中，制成 200 mL 油酸酒精溶液。 2.往边长约为 3040 cm 的浅盘中倒入约 2 cm 深的水，然后将痱子粉(或细石膏 粉)均匀地撒在水面上。 3.用滴管(或注射器)向量筒中滴入 n 滴配制好的油酸酒精溶液， 使这些溶液的体积 恰好为 1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积 V01 nmL。 4.用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸油精溶液， 油酸就在水面上慢 慢散开，形成单分子油膜。 5.待油酸薄膜形状稳定后，将准备好的玻璃

3、板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的 形状画在玻璃板上。 6.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。方法是计 算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，把正方形的 个数乘以单个正方形的面积就是油膜的面积 S。 7.据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V，利用一滴溶液中纯 油酸的体积V和薄膜的面积S， 算出油酸薄膜的厚度dV S， 即为油酸分子的直径。 算出的分子直径， 看其数量级(单位为 m)是否为 10 10， 若不是 1010 需重做实验。 五、数据分析 计算方法：(1)一滴油酸溶液的平均体积V V N滴油酸溶液的体积 N (2)一滴油酸溶

4、液中含纯油酸的体积 V VV 油酸溶液的体积比 体积比纯油酸体积 溶液的体积 (3)油膜的面积 Sn1 cm2(n 为有效格数，小方格的边长为 1 cm) (4)分子直径 dV S(代入数据时注意单位的统一) 六、误差分析 1.油酸酒精溶液配制后若长时间放置，溶液的浓度会改变，会给实验带来较大误 差。 2.纯油酸体积的计算误差。 3.油膜面积的测量误差。 4.油膜形状的画线误差。 5.数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。 七、注意事项 1.油酸酒精溶液配制好后，不要长时间放置，以免浓度改变，产生误差。 2.实验之前应练习好滴定方法，注射器针头高出水面的高度应在 1 cm 之内。 3.

5、待测油酸液面扩散后又收缩， 要在稳定后再画轮廓。 扩散后又收缩有两个原因： 第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。 4.当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒 精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁。 5.从盘的中央加痱子粉， 粉自动扩散至均匀， 这样做比将粉撒在水面上的效果好。 6.本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。 核心要点 实验原理和实验操作 例 1 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，有下列操作步骤，请补充实验 步骤 C 的内容及实验步骤 E 中的计算式： A.用滴管将浓度为 0.05

6、%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中， 记下滴入 1 mL 的油酸 酒精溶液的滴数 N； B.将痱子粉均匀地撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取浓度为 0.05%的油酸酒精溶 液，逐滴向水面上滴入，直到油酸薄膜表面足够大，且不与器壁接触为止。记下 滴入的滴数 n； C._； D.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上， 以坐标纸上边长 1 cm 的正方形为 单位，计算出轮廓内正方形的个数 m； E.用上述测量的物理量可以估算出单个油酸分子的直径 d_cm。 解析 纯油酸的体积 Vn1 N0.0510 2 mLn N510 4 mL。纯油酸的体积 与油膜的体积是相等的，即 VSdmd，所以油酸分子的直径 d

7、V m 5n10 4 Nm cm。 答案 待油膜稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔画出油酸薄膜的外围形状 5n10 4 Nm 针对训练 1 “用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下： A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上， 数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去， 多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积 S。 B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅 盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。 C.用浅盘装入约 2 cm 深的水。 D.用公式 dV S求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小。 E.根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V。 (

8、1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出： _； _。 (2)上述实验步骤的合理顺序是_。 解析 (1)C 步骤中，要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉。 实验中，要有步骤 F：用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴 地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数。 (2)合理顺序为 CFBAED。 答案 (1)见解析 (2)CFBAED 核心要点 数据处理与分析 例 2 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴 入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的 轮廓，随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

9、为 10 mm，该油酸膜的面积是_m2；若一滴油酸酒精溶液中含有纯油 酸的体积是 410 6 mL，则油酸分子的直径是_m。(上述结果均保留 1 位 有效数字) 解析 在围成的轮廓中，不足半格的舍去，多于半格的算一个，共取 80 个方格， 故油酸膜的面积为 S80(1010 3)2 m28103 m2。 油酸分子的直径为 dV S 410 6106 810 3 m510 10 m。 答案 810 3 51010 针对训练 2 某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径，实验主要步骤如下： 向体积 V油6 mL 的油酸中加酒精，直至总量达到 V总104 mL； 用注射器吸取中油酸酒精溶液，把它一滴一滴

10、地滴入小量筒中，当滴入 n 75 滴时，测得其体积恰好是 V01 mL； 先往浅盘里倒入 2 cm 深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上； 用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备 好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状； 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方 格的个数 N，小方格的边长为 L1 cm。 根据以上信息，回答下列问题： (1)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为_m3； 油膜面积为_m2； 油酸分子直径为_m；(以上结果均保留 1 位有效数字) (2)若滴入 75 滴油酸酒精溶液的体积不足 1 mL，则最终的

11、测量结果将偏 _(选填“大”或“小”)。 解析 (1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 V 1 75 6 104 mL810 6 mL81012 m3。 油膜的面积 S1111 cm2111 cm2110 2 m2。 油酸分子的直径 dV S 810 12 110 2 m810 10 m。 (2)若滴入 75 滴油酸酒精溶液的体积不足 1 mL， 则代入计算的纯油酸的体积偏大， 可知测量值偏大。 答案 (1)810 12 1102 81010 (2)大 1.实验操作(1)如图所示的四幅图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四 个步骤，将它们按正确操作顺序排列应是_(用符号表示)。 (2)用

12、“油膜法”来粗略估测分子的大小，利用了一些科学的近似处理，这些处理 有：_ _ _。 解析 (1)“用油膜法估测分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液测定一 滴油酸酒精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。易知正确操作顺序排列应是 d、a、c、b。 (2)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，利用的近似处理有：油膜是呈单分子 分布的，把油酸分子看成球形，分子之间没有空隙。 答案 (1)dacb (2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜， 把形成油膜 的分子看成紧密排列的球形分子，认为油酸分子是一个挨一个排列的 2.实验操作在“用油膜法估测分子的大小”实验中

13、， 某同学的操作步骤如下： 取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； 在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； 在盛水浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； 在盛水浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。 改正其中的错误：_ _。 解析 在“用油膜法估测分子的大小”实验中：首先精确取 1 mL 的油酸，用无 水酒精按一定的体积比稀释成油酸酒精溶液，并利用量筒测出 N 滴的体积，计算 出一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V，在盛水浅盘中装入 2 cm 深的水，为观 测油膜的面积，在水面上轻撒一层薄薄的痱子粉，在浅盘中央轻滴一滴油酸酒精 溶液，

14、于是油酸在水面上迅速散开，等到油膜形状稳定时，用一块玻璃盖在浅盘 上并描出油膜的轮廓， 把这块玻璃放在方格纸上(绘图纸)， 数出油膜所占的格数， 然后算出油膜的面积 S，即可求出油膜的厚度 dV S。 答案 在量筒中滴入 N 滴溶液 在水面上先撒上痱子粉 3.实验原理在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用 a mL 的纯油酸配制成 b mL 的油酸酒精溶液， 再用滴管取 1 mL 油酸酒精溶液， 让其自然滴出， 共 n 滴。 现在让其中一滴落到盛水的浅盘内， 待油膜充分展开后， 测得油膜的面积为 S cm2， 则： (1)估算出油酸分子的直径大小是_cm。 (2)用油膜法测出油酸分子的直径后，

15、要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的 _。 A.摩尔质量 B.摩尔体积 C.质量 D.体积 解析 (1)油酸酒精溶液的浓度为a b，一滴油酸酒精溶液的体积为 1 n mL，一滴油酸 酒精溶液含纯油酸 a bn mL，则油酸分子的直径大小为 d a bSn cm。 (2)设一个油酸分子体积为 V，则 V4 3 d 2 3 ，由 NAVmol V 可知，要测定阿伏加德 罗常数，还需知道油酸的摩尔体积，故 B 正确。 答案 (1) a bSn (2)B 4.数据处理在“用油膜法估测分子的大小”实验中， 现有油酸和酒精按体积比为 nm 配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约 2 cm 深水的

16、浅盘，一 支滴管，一个量筒。 请补充下述实验步骤： (1)_。 (需测量的物理量用字母表示) (2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在 坐标纸上， 如图所示， 则油膜面积为_(已知坐标纸上每个小方格面积为S， 求油膜面积时，半个以上方格面积记为 S，不足半个舍去)。 (3)估算油酸分子直径的表达式为 d_(用测量量及已知量字母 表示)。 解析 (1)用滴管向量筒内加注 N 滴油酸酒精溶液，读出其体积 V，在水面上先撒 上痱子粉。 (2)油膜面积 S115S。 (3)1 滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 VV N n mn，由 d V S， 得 d nV 115NS（mn）。 答案 (1)用滴管向量筒内加注 N 滴油酸酒精溶液，读出其体积 V (2)115S (3) nV 115NS（mn）