第01章 第02节 测量分子的大小-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-3）

第二节　测量分子的大小 [目标定位]　1.理解用油膜法测量分子大小的原理，学会利用宏观量测定微观量数量级的方法．　2.通过用油膜法测定分子大小的实验，学会用理想化模型来处理实际问题．　3.通过探究学习培养学生的创新思维和严谨、求实的科学素养． 一、实验原理 1．理想化：把很小的一滴油酸滴在水面上，水面上会形成一块油酸薄膜，薄膜是由单层的油酸分子组成的． 2．模型化：在估测油酸分子大小的数量级时，可以把它简化为球形，认为油膜的厚度就是油酸分子的直径． 3．测量：油膜的厚度就等于油酸分子的直径，即d＝. 二、实验器材 注射器(或滴管)、小量筒、浅盘、玻璃板、痱子粉或细石膏粉、水、酒精、油酸、彩笔、坐标纸． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．油酸的分子式为C17H33COOH，它的一个分子可以看成由两部分组成：一部分是C17H33—，另一部分是—COOH.其中—COOH对水有很强的亲和力，当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开(其中的酒精溶于水中并很快挥发)，在水面上形成近似圆形的一层纯油酸薄膜，如图1－2－1(甲)所示． 其中C17H33一部分冒出水面，而—COOH部分留在水中，油酸分子直立在水面上，形成一个单分子层油膜，如图1－2－1(乙)所示． 图1－2－1 实验中如果算出一定体积的纯油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可估算出油酸分子直径的大小d＝. 二、实验器材 已稀释的油酸若干毫升(体积配比为1∶200)；浅盘一只(30 cm×40 cm)；注射器(或滴管)1支；带方格的透明塑料盖板1块；量筒1个；彩色水笔1支；痱子粉(或石膏粉)(带纱网或粉扑)． 三、实验与收集数据 (1)用注射器或滴管将老师事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数．计算出每滴液滴体积的平均值，如图1－2－2(A)． 图1－2－2 (2)如图1－2－2(B)所示，在水平放置的浅盘内倒入约2 cm深的水，用纱网(或粉扑)将适量痱子粉轻轻撒在水面上． (3)如图1－2－2(C)所示 ，用滴管将一滴油酸溶液轻轻滴入水面中央，待油膜形状稳定后，在浅盘上盖上塑料盖板，用彩笔描出油膜的边缘轮廓，如图1－2－2(D)所示． (4)将画有油酸薄膜轮廓的塑料板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S. (5)根据老师配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度d＝，即油酸分子的大小． (6)洗涤浅盘，擦去塑料盖板上的油膜轮廓线，重复实验2～3次． 四、分析与论证 1．数据处理 在利用公式d＝计算时 (1)式中的V是1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积．计算方法是：设n滴油酸酒精溶液是1 mL，则每1滴的油酸酒精溶液的体积是 mL，事先知道配制溶液的浓度为η，则1滴溶液中的纯油酸体积V＝·η mL.[来源:学科网] (2)式中的S是滴入水中后纯油酸形成的油膜面积，其大小用坐标纸上对应的格数来计算，数格时，不足半个的舍去，多于半个的算1个． 2．实验结论：分析得到的实验数据，可得出这样的结论：油酸分子直径的数量级是10－10 m. 五、注意事项 1．痱子粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可． 2．滴入油酸溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大． 3．待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓． 4．利用坐标纸求油膜面积时，以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数时，大于半个的均算一个． 5．当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面会残留油酸，用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁． 例1　用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度0.1 mL的量筒、盛有适量清水的45×50 cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸． (1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C. A．用滴管将浓度为0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N B．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，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，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S cm2 (2)用已给的和测得的物理量表示单个油膜分子的直径大小________(单位：cm)． 答案　(