(教用word)第1章 第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册(鲁科版2019)

第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 学业要求＋核心素养 1．估测油酸分子大小的数量级。(科学探究) 2．体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。(科学态度与责任) 1．基础梳理 用油膜法估测分子直径的表达式：d＝，多数分子大小的数量级为10－10m。 2．尝试探究 如图甲所示是用油膜法估测分子大小时在水面上形成的油膜形状，如图乙所示是水面上单分子油膜的示意图。 如何测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积？ 提示：先配制一定浓度的油酸酒精溶液，用注射器或滴管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 1mL)时的滴数，从而可算出一滴溶液的体积，再结合浓度就可以计算出一滴溶液中所含纯油酸的体积。 【思考交流】 1．实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？ 提示：用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜。同时酒精易挥发，不影响测量结果。 2．实验中为什么在水面上撒爽身粉？ 提示：撒爽身粉后，便于观察所形成的油膜轮廓。 3．实验中可以采用什么方法测量油膜的面积？ 提示：运用数格子法测油膜面积。多于半个的算一个，少于半个的舍去。这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误差越小。 4．油酸分子的形状真的是球形吗？排列时会一个紧挨一个吗？ 提示：实际分子不是球形，其结构复杂，分子间有间隙，认为分子是球形且一个紧挨一个排列，是一种理想化模型，是对问题的简化处理。 【预习探究】 若已知油酸的摩尔体积，用油膜法测出分子直径后，怎样进一步估算阿伏伽德罗常数？ 提示：测出油酸分子的直径d后，可求出一个分子的体积V0＝πd3，若油酸的摩尔体积为V，则阿伏伽德罗常数为NA＝。 【实验原理】 1．油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸分子油膜。 2．把油酸分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴溶液中油酸的体积V和油膜的面积S，就可估算出油酸分子的直径d＝，如图所示。 【实验器材】 油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。 【实验步骤】 1．用稀酒精溶液及清水清洗浅水盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差。 2．配制油酸酒精溶液，取纯油酸1mL，注入 500mL 的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500mL含1mL纯油酸的油酸酒精溶液。 3．用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n。 4．根据V0＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。 5．向浅水盘里倒入约2cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上。 6．用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 7．待油膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅水盘上，并将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 8．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)，如图所示。 9．根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝算出油膜的厚度d。 10．重复以上实验步骤，多测几次油膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小，设计数据记录表格如下所示。 实验次数 量筒内增加1mL溶液时的滴数 轮廓内的小格子数 轮廓面积S 1 2 3 4 【注意事项】 1．油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，而使实验误差增大。 2．注射器针头高出水面的高度应在1cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。 3．待测油膜扩散后又会收缩，要在油膜的形状稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：①水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩。 4．当重做实验时，将水从浅水盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样做可保持浅水盘的清洁。 5．本实验只要求估测分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。 1．在“用油膜法估测分子的大小”实验中将油酸分子看成是球形的，所采用的方法是(　　) A．等效替代法 B．控制变量法 C．理想模型法 D．比值定义法 C　解析：应用油膜法估测分子直径，其实验原理是将油酸分子看成是球形，测出油酸的体积，然后让油酸在水面上形成单分子油膜，测出油膜的面积，油酸的体积除以油膜的面积就是油膜的厚度，即油酸分子的直径。该