第1章 第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】鲁科版

第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 [学业要求与核心素养] 1．知道油膜法估测油酸分子大小的原理、思想和方法。 2．知道分子球形模型和分子直径的数量级。 一、实验目的 1．估测油酸分子大小的数量级。 2．体验通过油膜法估测油酸分子大小的思想方法。 二、实验原理与设计 1．处理方法。 (1)理想化：认为油酸薄膜是由__单个分子__紧密排列组成的，则油膜的__厚度__即为油酸分子的直径，如图所示。 (2)模型化：把油酸分子简化成__球形__。 2．估算方法。 实验时测出一滴油酸的体积V，再测出油膜的面积S，估算出油膜的厚度，则认为油酸分子的直径d＝　　。 3．分子的大小。 一般分子大小的数量级是__10－10__m，质量的数量级是__10－26～10－27__kg。 三、实验器材 __油酸__、__酒精__、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、__坐标纸__、彩笔、痱子粉或细石膏粉。 四、实验步骤 1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上。 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)，记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V′。 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，用彩笔画出油酸薄膜的形状。 6．将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1 cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 五、数据分析 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，求出油膜的厚度d，则d可看作油酸分子的直径，即d＝　　。 六、注意事项 1．油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差。 2．实验前应注意，浅盘是否干净，否则难以形成油膜。 3．浅盘中的水应保持平衡，痱子粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。 4．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。 5．待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。 知识点一　用油膜法估算油酸分子直径的实验基础 [例1]　下列选项中不是油膜法粗略测定分子直径的实验基础的是(　　) A．把油酸分子视为球形，其直径即为油膜的厚度 B．让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜 C．油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积 D．油酸分子直径的数量级是10－15 m [自主解答]　油酸分子可视为球形，油膜的厚度可看成分子直径，油酸分子可看成一个挨一个排列，油滴扩展为油膜时体积不变，即V＝Sd，这些都是用油膜法估算油酸分子直径的实验基础，油酸分子直径的数量级是10－10 m，D错。 [答案]　D 知识点二　用油膜法估测油酸分子大小的实验探究 [例2]　物体是由大量分子组成的，分子非常微小，在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，油酸分子会形成厚度为一个分子厚度的表面膜，将微观量的测量转化为宏观量的测量。 (1)实验中，如果油酸酒精溶液体积浓度为b，N滴油酸酒精溶液的总体积为V，如果1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积为S，则油酸分子直径d＝________。 (2)实验中，把玻璃板盖在浅盘上描出1滴油酸酒精溶液滴入水中形成的油酸膜的轮廓，如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积是__________cm2。 (3)物理实验中对一些微小量进行直接测量误差较大，往往通过累积的方法将微小量转换成较大的量再进行测量，以减小相对误差。本实验在测量1滴油酸酒精溶液的体积时也采用了累积的方法，下列实验中也采用了该方法的有________。 A．“用单摆测定重力加速度”实验中，测量摆球完成30次或50次全振动所用的时间 B．“验证动量守恒定律”实验中，测量小球平抛的水平距离来获得小球碰撞前后的动量关系 C．“用双缝干涉测光的波长”实验中，采用测量N个条纹的间距来获得条纹间距 D．“测定金属的电阻率”实验中，采用螺旋测微器在金属丝上三个不同位置各测一次取平均值作为金属丝直径 [自主解答]　(1)1滴油酸酒精溶液中，纯油酸体积为V0＝，油膜面积为S，则油酸分子直径d＝。 (2)面积超过正方形小方格一半的正方形小方格的个数为60个，则油膜的面积S＝60×1 cm×1 cm＝60 cm2。 (3)“用单摆测定重力加速度”实验中，测量摆球完成30次或50次全振动所用的时间，属于通过累积的方法将微小量转换成较大的量再进行测量，以减小所测时间的误差，A正确；“验证动量守恒定律”实验中，测量小球平抛的水平距离来获得小球碰撞前后的动量关系，通过时间相等，即可获得水平距离与速度的关系，B错误；“用