第1章 第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 实验目的 1．估测油酸分子大小的数量级。 2．体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。 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，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＝。 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．配制油酸酒精溶液。体积比已知。 2．用滴管或注射器将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(如1 mL)时的滴数N，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积。 3．向浅水盘中倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层爽身粉，用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液。待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。 4．将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。 5．将描有油酸薄膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)。 6．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径。 数据处理 　 计算方法： (1)一滴油酸酒精溶液的平均体积 ＝ (2)一滴溶液中含纯油酸的体积V V＝×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＝(代入数据时注意统一单位) 误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 数不完整格数时，对不足半个的判断存在误差 数出全部不完整的格数n，它们相当于有个完整的格数 系统误差 油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值 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。油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。 2．实验之前应练习好滴定方法，注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内。 3．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，水面受油酸酒精液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。 4．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。 5．从盘的中央加爽身粉，粉自动扩散至均匀，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥。这样做比将粉直接撒在水面上的效果好。 6．本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。 实验原理与操作 [典例]　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中， (1)某同学操作步骤如下： ①取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板描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。 上述四步操作中，不可能实现的一步是________，可改为_______________________； 不完善的一步是________，应改为________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)本实验中，估测分子大小的方法是将每个分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。 (3)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3mL，其形成的油膜面积为50 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m。 [解析]　(1)要测出一滴油酸酒精溶液的体积，应在量筒中滴入N滴溶液，测出其体积为V，则一滴该溶液的体积为V1＝，因此不可能实现的一步是②，应在量筒中滴入N滴溶液后测量它的体积；为了使一滴油酸酒精溶液散开后形状比较清晰，要在水面上先撒上爽身粉，故不完善的一步是③，应改为要先在水面上撒上薄薄的一层爽身粉，再滴入一滴油酸酒精溶液。 (2)这种估测方法是将每个分子视为球形模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜