第一章 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)

第2节　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 [对应学生用书P5] 1．用油膜法估测油酸分子的大小． 2．学会间接测量微观量的方法． 1．理想化：认为在水面上形成的油酸薄膜是由单层的油酸分子组成的． 2．模型化：把油酸分子简化为球形． 3．估算：认为油膜的厚度就是油酸分子的直径． 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅水盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉． 1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上． 2．取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液． 3．用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的总滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积. 4．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上． 5．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔描下油酸薄膜的形状，如图所示． 1．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S.数出玻璃板上油酸薄膜轮廓所包含的小方格的个数，通过小方格个数及边长，算出油酸薄膜的面积S.计算小方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一格． 2．根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V. 3．计算油酸薄膜的厚度d＝，d即为油酸分子的大小． 1．油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差． 2．利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的观察方法而产生误差． 3．若油滴的体积过大，或水面面积过小，会导致油膜不能充分展开，不能形成单分子油膜． 4．描绘油膜形状的绘图误差． 5．利用小方格数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差． 6．不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时存在误差． [对应学生用书P6] (1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示). (2)体积为10 cm3的油滴，滴在水面上展开形成单分子油膜，测油膜面积的数量级为________． A．109 cm2 B．106 cm2 C．104 cm2 D．102 cm2 (3)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的________． A．摩尔质量 B．摩尔体积 C．质量 D．体积 解析　(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径．所以操作先后顺序排列应是cadb. (2)单分子油膜的厚度等于分子的直径，约为d＝10－10 m所以S＝＝ m2＝105 m2＝109 cm2，故A正确． (3)设一个油酸分子的体积为V1，则V1＝πd3，由NA＝可知，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的摩尔体积． 答案　(1)cadb　(2)A　(3)B [训练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痱子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一滴在水面上，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，记下量筒内油酸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． 上述步骤的正确顺序是________________．(填写步骤前面的序号) 解析　实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位．实验操作时要在浅盘放水、痱子粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积，计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以正确的步骤是④①②⑤③. 答案　④①②⑤③ 油酸酒精溶液的浓度为每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，