第1章 2 实验：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(人教版)

2．实验：用油膜法估测油酸分子的大小 实验目标：1．理解分子模型，知道分子直径的数量级。　2.学会用油膜法估测分子大小。　3.能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。 一、实验思路 把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，则油膜厚度即为油酸分子的直径。 二、实验步骤 1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将爽身粉均匀撒在水面上。 2．用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。 3．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 4．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔(或钢笔)画出油酸薄膜的形状。 5．将玻璃放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有边长为1 cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。 6．根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 7．计算油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子直径的大小。 三、注意事项 1．实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。 2．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。 3．本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。 4．爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。 5．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜轮廓难以形成。 四、数据分析 计算方法： 1．一滴油酸溶液的平均体积 。＝ 2．一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 V＝)×油酸溶液的体积比。(体积比＝ 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＝(代入数据时注意统一单位)。 【例1】　配制好的油酸酒精溶液为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL。用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。 (1)若每一小方格的边长为30 mm，则油酸薄膜的面积为多少平方米？ (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为多少立方米？ (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为多少米。 思路点拨： [解析]　(1)数出在油膜范围内的格数(面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍去)为85个，油膜面积约为S＝85×(3.0×10－2)2 m2＝7.65×10－2 m2。 (2)因50滴油酸酒精溶液的体积为1 mL，且溶液含纯油酸的浓度为ρ＝0.06%，故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V0＝×1×10－6 m3＝1.2×10－11 m3。＝ (3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为d＝ m≈1.57×10－10 m。＝ [答案]　(1)7.65×10－2 m2　(2)1.2×10－11 m3 (3)1.57×10－10 m 【例2】　在“用油膜法估测分子大小”的实验中，按照油酸与酒精的体积比为m∶n配制油酸酒精溶液，用注射器滴取该溶液，测得k滴溶液的总体积为V，将一滴溶液滴入浅盘，稳定后将油酸膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示。已知坐标纸上每个小正方形的边长为a。 (1)求油膜的面积； (2)估算油酸分子的直径。 [解析]　(1)估算油膜面积时以超过半格按一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出31格，则油酸薄膜面积为S＝31a2。 (2)根据公式V油酸＝dS可得d＝＝ [答案]　(1)31a2　(2) 油膜法估测分子大小的解题思路 (1)首先要按比例关系计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 (2)其次采用“互补法”计算出油膜的面积S。 (3)最后利用公式d＝求出分子的直径。 (4)计算时注意单位要统一。 1．(多选)“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是(　　) A．将油酸形成的膜看成单分子油膜 B．不考虑各油酸分子间的间隙 C．考虑了各油酸分子间的间隙 D．将油酸分子看成球形 ABD　[实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算，所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜层，不考虑油酸分子间的间隙，并把油酸分子看成球形，油酸分子直径的数量级为10－10 m，故A、B、D正确，C错误。] 2．(多选)用油膜法估测分子直径的理想条件是(　　) A．将油酸分子看成球体 B．考虑各油酸分子间的间隙 C．认为油酸分子是紧密排列的 D．将油膜看成单分子油膜 ACD　[用油膜法测油酸分子直径的三个前提条件：①将油酸分子视为球体模型；②忽略油酸分子之间的间隙，认为分子是紧密排列的；③油酸分子在水面是单分子油膜层。只有在上述