1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第一章 分子动理论 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 问题1：曹冲怎么称象？ 化整为零 问题2：怎样估测绿豆的直径？ 逆向思维 聚零为整 方法一：将绿豆排成一行，测出总长，数出个数。 方法二：测出总体积，量出单层铺开的面积。 生活中,我们经常遇见这种现象：很少量的油不小心洒在水面上，将扩散形成面积很大的一层油膜。我们可以借用测量绿豆直径的方法测量油分子的直径。 接下来我们探究如何用这种方法测量容易在水面上形成油膜的油酸分子的直径。 一、实验思路 油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，在估测其大小时，可以把它简化为球形处理，并认为它们紧密排布，并在水面形成了单层油膜。测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径。 需要测量的物理量： 一滴油酸的体积V 这滴油酸形成油膜的面积S 分子是球形的 分子间没有空隙 单层分子油膜 三个假设 由于分子直径太小，若将一滴纯油酸滴于水平面上，则形成的单分子油膜的面积太大，不便于测量，且纯油酸在水面上扩张得太慢。为了使油酸充分展开，获得单分子油膜，我们需要利用酒精稀释油酸后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面上，其中酒精溶于水，并很快挥发，能使油酸尽快在水面上扩张形成单层分子油膜． 由于油酸分子与水均是无色透明， 无法用肉眼观察出油膜的边界。故要在 水面洒上薄薄的一层爽身粉。油酸酒精 溶液在水面展开后形成以爽身粉为边界 的一层薄膜，就可以清楚地看清它的轮廓。 ⑴ 配制油酸溶液：用注射器吸取体积为V1的油酸注入量筒中，再加入无水酒精至体积V2刻度线，充分搅匀后得到油酸酒精溶液。（体积比为 V1/V2 ) ⑵ 测量一滴油酸溶液的体积：用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，记下液滴的总滴数n 和它们的总体积V3，则一滴油酸酒精溶液的体积为V3/n . ⑶ 求出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 二、物理量的测量 1. 测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 【思考】 取1mL油酸配制成200mL油酸酒精溶液，若1mL溶液有50滴，则1滴溶液中纯油酸含量是多少mL ？ V = 0.0001mL 二、物理量的测量 2. 测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ① 在水面均匀撒爽身粉 ② 在水面滴1滴油酸酒精溶液 ③ 待油膜形状稳定 ④ 将带有坐标方格玻璃板放浅盘上 ⑤ 描绘油膜形状，数格子，计算油膜面积 【互补法】 不足半格的舍去, 多于半格的算一个. 假设每个格子边长是a，如果数得n个格子，则 s=na2 三、数据处理 d ----- 单分子油酸的直径 V ----- 一滴油酸的体积 S ----- 一滴油酸的面积 实验结果：除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m 【思考】 本实验需要的实验器材有哪些？ 油酸、酒精、注射器、烧杯、浅盘、清水、带有坐标方格的玻璃板、彩笔、爽身粉。 四、误差分析 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. 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. 油酸的体积过大，或水面面积过小，不能形成单分子油膜。 4. 描绘油膜形状的画线误差。 5. 利用小正方形数计算油膜的面积时，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，计算分子直径时的误差。 五、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 油酸酒精溶液配置好后不要久置，以免浓度改变，给实验带来较大的误差。 ③ 向水面滴油酸酒精溶液时，注射器应靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜。 ④ 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。 ⑤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。 ⑥ 做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦净，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。 【例1】 在“用单分子油膜估测分子大小”实验中 (1)某同学操作步骤如下： ①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； ③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。 改正其中的错误：