第一章 2 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

2．实验：用油膜法估测油酸分子的大小 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.实验思路 2.物理量的测量 3.数据分析 1.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的实验原理和科学方法 科学探究：通过实验操作，综合分析和处理实验数据，提高学生实验探究能力，培养其分析处理实验数据的科学思维能力 2.能正确进行实验，提高动手操作能力 3.能对实验数据进行综合分析和计算，得到油酸分子的直径的数量级 一、实验目的 1．了解油酸分子的结构特点，学会用油膜法估测油酸分子的大小。 2．学会间接测量微观量的原理和方法。 二、实验原理 当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，从而在水面上形成一层纯油酸的单分子油膜，如图所示。如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径。 实验中如果算出一定体积V的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可算出油酸分子直径的大小，即d＝。 三、实验器材 1．器材：盛水浅盘、带刻度的注射器、500 mL容量瓶、带有坐标方格的玻璃板、爽身粉、油酸酒精溶液、烧杯、彩笔。 2．部分器材用途 盛水浅盘 提供平静的水面 带有坐标方格的玻璃板 描绘单分子油膜的形状 爽身粉 撒在水面上使油膜边界清晰 油酸酒精溶液 获得单分子油膜 四、实验步骤 1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以减小实验误差。 2．配制油酸酒精溶液：取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸与酒精充分混合，这样就得到了浓度为0.2%的油酸酒精溶液(注：要请老师配制)。 3．用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积VN，再把它1滴1滴地滴入烧杯中，并记下液滴的总滴数N，算出1滴油酸酒精溶液的体积V0。 4．向浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上。 5．用注射器将1滴油酸酒精溶液滴在浅盘的水面上。 学生用书↓第10页 6．待油膜的形状稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上用彩笔描出薄膜的形状。 7．根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，算出油膜的面积S。 8．根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度，算出1滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V，并代入公式d＝，算出油膜的厚度d。 9．重复以上实验步骤多测几次油膜的厚度，并求出平均值。 五、数据处理 1．1 滴油酸酒精溶液的平均体积V0＝。 2．1 滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝V0×油酸酒精溶液的体积比(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＝(代入数据时注意单位的统一)。 六、误差分析 误差 产生原因 减小方法 偶然 测量油膜面积不准确 坐标纸的方格要小一些，待液面稳定后再测量面积 误差 油酸体积计算存在误差 配制过程要严格把握各个环节，配制好的溶液立即封存，且不宜存放较长时间 系统误差 油膜不是单分子排列 使油酸酒精溶液的浓度小一些，让油膜尽量在水面上散开 七、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，产生误差。 2．待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。 3．当重做实验时，水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁。 4．从浅盘的中央加爽身粉，粉自动扩散至均匀，这样做比将粉撒在水面上的效果好。 一　教材原型实验 某班级做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。实验前，老师将酒精加入1 mL的油酸中配制成1 000 mL的油酸酒精溶液。 (1)在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是：用________将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下烧杯内增加一定体积时液滴的数目。 (2)在浅盘中的水面上撒上爽身粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列现象或判断正确的是　。 A．油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些 B．油膜的面积先快速扩张后慢慢趋于稳定 (3)甲实验小组测得1 mL油酸酒精溶液为80滴，通过数1滴溶液在水面稳定后形成的油膜面积对应的正方形的个数得到油膜的面积为250 cm2，可估算油酸分子的直径为________m。(计算结果保留1位有效数字) (4)当结束实验或重复做实验时，需将水从浅盘的一角倒出，在这个角的边缘会遗留少许油酸，为了保持 学生用书↓第11页 浅盘的清洁，不影响下次