2020-2021学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册课件：1.2 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小

第2节　科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小 【实验目的】 1.探究估测分子的大小的方法。 2.体会通过测量宏观量来研究_______的思想方法。 【实验器材】 用酒精稀释过的_____、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔、量筒、 _______。 微观量 油酸 坐标纸 【实验原理与设计】 把一定体积的油酸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滴油酸中含有纯油酸的体积V,并测出油 膜面积S,通过计算求出油膜的厚度d,即d= 就是油酸分子的直径。 【实验过程】 一、实验步骤 1.配制油酸酒精溶液,取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。 2.用滴管或注射器将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,算出一滴油酸酒精溶液的体积。 3.实验时先向边长为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上,用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面上散开,形成一块薄膜。 4.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 5.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S。求面积时 以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位。数出轮廓内正方形的个数,不足半个的 舍去,多于半个的算一个。 6.根据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 纯油酸的体积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。 【思考•讨论】 油酸扩散后又收缩,什么原因? (科学思维) 提示:扩散后又收缩有两个原因:第一,水面受油酸滴的冲击凹陷后又恢复;第二,酒精挥发后液面收缩。 二、数据收集与分析 根据上面记录的数据,完成表格: 【思考•讨论】 怎样测量一滴油酸酒精溶液的体积? (科学思维) 提示:测1滴油酸酒精溶液的体积时,滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数,应多滴几滴,数出对应的毫升数。 【实验结论】 在误差允许的范围内分子直径的数量级为10-10 m。 【误差分析】 实验误差通常来自三个方面: 1.形成单分子油膜: 只有形成单分子油膜,才能用油膜的厚度代表分子的直径,即d= 。要求使用的 酒精的浓度、痱子粉的用量适宜。 2.油酸的体积V: 用累积法测油滴的体积。先测出1 mL的油酸酒精溶液的滴数,从而计算出一滴油 酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积。 3.油膜的面积S: 用坐标纸测出形状不规则油膜的面积。数出不规则图形的轮廓包围的方格数,计算方格数时,不足半格的舍去,多于半格的算一个,方格边长的单位越小,这种方法求出的面积越精确。 【思考•讨论】 浅盘里水离盘口的距离有什么要求,画线时视线应注意什么? (科学思维) 提示:浅盘里水离盘口的距离应小些,并要水平放置,以便准确地画出油膜的形状,画线时视线应与板面垂直。 类型一　实验操作 【典例1】(多选)某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,可能是由于 (　　) A.油酸未完全散开 B.油酸中含有大量酒精 C.求每滴体积时,1 mL溶液的滴数多数了几滴 D.求每滴体积时,1 mL溶液的滴数少数了几滴 E.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格 实验研析·素养迁移 【解析】选A、D、E。油酸未完全散开,形成的油膜不是单分子层,计算的油膜厚度就不是分子直径,比分子直径大得多,A正确;滴入水中后酒精都溶入水中,B错误;计算体积时多数了几滴,会使计算的油滴体积偏小,当然计算的分子直径也偏小,C错误,D正确;数方格时舍去了所有不足一格的方格,计算出的油膜面积偏小,导致计算结果偏大,E正确。 类型二　数据处理 【典例2】在做用油膜法估测分子大小的实验中,油酸酒精溶液的浓度约为每 104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液为75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,用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标纸中正方形方格的边长为1 cm。试求: (1)油酸膜的面积是多少? (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积。 (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。 【解题探究】 (1)计算方格数时,不足半格的_____,多于半格的算_____。 (2)油酸分子直径d= 。 舍去 一个 【解析】(1)根据题图中的轮廓可知,油膜面积S=106×1 cm2=106 cm2。 (2)由1 mL溶液为75滴可知1滴溶液的体积为 mL,又已知每104 mL溶液中有纯 油酸6 mL。 则1滴溶液中含纯油酸的体积为 V= ×