第1章 第2节 科学测量: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第三册同步课堂高效讲义教师用书(鲁科版2019)

2024-02-19
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第2节 科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小 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层薄膜,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、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。 2.部分器材用途 盛水浅盘 提供平静的水面 坐标纸、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(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,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(或滴管)将1滴油酸酒精溶液滴在浅盘的水面上。 6.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上用彩笔描出油酸薄膜的形状。 7.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出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,算出油酸薄膜的面积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=算出油酸薄膜的厚度d。 9.重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜的厚度,并求出平均值,即为油酸分子的大小。 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)。 学生用书第10页 4.分子直径d=(代入数据时注意单位的统一)。 六、误差分析 产生原因 减小方法 偶然 误差 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 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,这样做可保持盘的清洁。 4.从盘的中央加爽身粉,粉自动扩散至均匀,这样做比将粉撒在水面上的效果好。 类型一 实验原理与操作 某实验小组进行“用油膜法估测油酸分子的大小”实验探究。 (1)在该实验中,采用的理想化假设是________。 A.将油膜看成单分子层油膜 B.不考虑各油酸分子间的间隙 C.不考虑各油酸分子间的相互作用力 (2)在该实验中做法正确的是________。 A.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL,则1滴溶液中含有油酸10-2 mL B.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,并立即在玻璃板上描下油酸膜的形状 C.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓范围内正方形的个数,并求得油膜的面积 D.根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=,即油膜分子的直径 解析: (1)用油膜法估测分子大小的实验中,分子直径是根据体积与面积之比求出的,所以需将油膜看成单分子层油膜,不考虑各油酸分子间的间隙,故A、B正确。 (2)实验中用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL,则1滴油酸酒精溶液的体积是10-2 mL,含有纯油酸的体积小于10-2 mL,A错误;用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,待油酸在液面上分布均匀并稳定后,在玻璃板上描下油酸膜的形状,B错误;将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓范围内正方形的个

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