第1章 第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 学习目标：1．知道本实验的原理及所需的器材，了解实验注意的事项．　2．会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积．　3．会计算分子的大小，处理好实验数据．　4．领会本实验方法构思的特点，理解间接测量微观量的思想． 一、实验原理与方法 油酸分子的一端具有亲水性，另一端具有憎水性，当把酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸便在水面上散开，其中酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成有自由边界的一层纯油酸薄膜，形成单分子油膜．如果将油酸看作是球状模型，测出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，计算出油膜的厚度，这个厚度就近似等于分子的直径． 二、实验器材 盛水的容器，滴管或注射器，一个量筒，按一定的比例(一般为1∶200)稀释了的油酸酒精溶液，带有坐标方格的透明有机玻璃盖板(面积略大于容器的上表面积)，少量爽身粉或石膏粉，彩笔． 三、实验步骤 1．用注射器或滴管将一定容积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的滴数，求出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V. 2．向容器中倒入约2 cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上． 3．小心地将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜． 4．轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上． 5．利用坐标方格计算出油膜的面积S，再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度d＝，即为所测分子的直径. 四、数据处理 计算分子直径时，注意加的不是纯油酸，而是油酸酒精溶液，在利用公式d＝ mL.式中的S是滴入水中后，纯油酸形成的油膜，其面积用数坐标纸上对应的格数来计算，以1 cm为边长的坐标纸上占了多少个格，其面积就是多少平方厘米，数格时，不足半个格的舍去，多于半格的算1个格．这样就可粗略地计算出油酸分子的直径．·，则1滴溶液中的纯油酸体积V＝ mL，事先知道配制溶液的比例是计算时，式中的V不是溶液的体积．而应该进行换算，计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，方法是：设n滴油酸酒精溶液是1 mL，则每1滴的酒精油酸溶液的体积是 五、误差分析 1．由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径，实验室中配制的油酸酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度． 2．虽然分子直径的数量级应在10－10m.但中学阶段，对于本实验只要能测出油酸分子直径的数量级在10－9m或10－10m以上即可认为是成功的． 六、注意事项 1．爽身粉不要撒得太多，只要能够帮助看清油膜边界即可． 2．滴入油酸酒精溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积过大． 3．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．油膜扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩． 【例1】　在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上． ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴在水面上，待薄膜形状稳定． ③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小． ④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积． ⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上． 完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的顺序是________(填写步骤前面的数字)． (2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液，测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2．由此估算出油酸分子的直径为________m(结果保留1位有效数字)． [解析]　(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，应先配制油酸酒精溶液，再往盘中倒入水，并撒爽身粉，然后用注射器将配好的溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定，再将玻璃板放于盘上，用彩笔描绘在玻璃板上，根据d＝计算． (2)一滴油酸酒精溶液中含油酸体积V＝≈5×10－10 m． m3，故d＝× [答案]　(1)④①②⑤③　(2)5×10－10 【例2】　在“用油膜法估测分子的大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每一小方格的边长为1 cm. (1)油酸薄膜的面积是________cm2. (2)实验测出油酸分子的直径是________m(结果保留2位有效数