1.2实验用油膜法估测油酸分子的大小-2020-2021学年高二物理同步课堂帮帮帮（新教材人教版选择性必修第三册）

第一章 分子动理论 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 一、油膜法估测分子的大小 【实验目的】：用油膜法估测分子的大小． 【实验原理】 把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜，如图所示．不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成球形模型，计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，求出油膜的厚度d，即d＝eq \f(V,S)就是油酸分子的直径． 【实验器材】 配制好的油酸酒精溶液、浅盘、痱子粉(或细石膏粉)、注射器、量筒、玻璃板、彩笔、坐标纸． 【实验步骤】 1．用注射器取出按一定比例配制好的油酸酒精溶液，缓缓推动活塞，使溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积V1时的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V′＝eq \f(V1,n).再根据油酸酒精溶液中油酸的浓度η，算出一滴油酸酒精溶液中的油酸体积V＝V′η. 2．在水平放置的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上，再用注射器将配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，一会儿就在水面上形成一层形状不规则的油酸薄膜． 3．待油酸薄膜稳定后，将玻璃板平放到浅盘上，然后用彩笔将油膜的形状画在玻璃板上． 4．将画有油膜形状的玻璃板放在坐标纸上，算出油膜的面积S(以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内的正方形个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)． 5．根据测出的一滴油酸酒精溶液里油酸的体积V和油酸薄膜的面积S，可求出油膜的厚度d，则d可看作油酸分子的直径，即d＝eq \f(V,S). 【数据处理】 计算方法： (1)一滴油酸溶液的平均体积 eq \x\to(V)＝eq \f(N滴油酸溶液的体积,N). (2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 V＝eq \x\to(V)×油酸溶液的体积比．(体积比＝eq \f(纯油酸体积,溶液的体积)) (3)油膜的面积S＝n×1 cm2.(n为有效格数，小方格的边长为1 cm) (4)分子直径d＝eq \f(V,S).(代入数据时注意单位的统一) 【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. 【例题1】在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴该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1所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm，则： (1)油膜的面积是多少？ (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？ (3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？ 【答案】　(1)2.32×10－2 m2　(2)1.2×10－11m3　(3)5.2×10－10 m 【解析】　(1)油膜轮廓包围的方格数约58个，则油酸膜的面积S＝58×(20×10－3)2 m2＝2.32×10－2 m2. (2)每滴溶液中含纯油酸的体积V＝eq \f(1,50)×eq \f(6,104) mL ＝1.2×10－5 mL＝1.2×10－11 m3 (3)油酸分子的直径d＝eq \f(V,S)＝eq \f(1.2×10－11,2.32×10－2) m≈5.2×10－10m. 【例题2】．在“用单分子油膜估测分子大小”实验中： (1)某同学操作步骤如下： ①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； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； ③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，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：_____________________________________________ ___________________________________________________________. (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m. 【答案】　(1)②在量筒中滴入N滴溶液；　③在水面上先撒上痱子粉　(2)1.2×10－9 【解析】　(1)②由于一滴溶液的体积太小，直接测量时相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差． ③液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败． (2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得： d＝eq \f(V,S)＝eq \f(4.8×10－3×10－6×0