第1章 第2节 实验：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（教科版2019）

第2节　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 实验目的 1．用油膜法估测油酸分子的大小。 2．初步学会用统计的方法求物理量。 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，在水面上形成一层单分子纯油酸薄膜，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大小(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 清水、酒精、油酸、浅盘(边长30～40 cm)、注射器、烧杯、玻璃板、彩笔、痱子粉、坐标纸、容量瓶(500 mL)。 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，以减少实验误差。 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，使油酸分子充分与酒精分子结合，这样就得到了浓度为0.2%的油酸酒精溶液。 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，再把注射器中的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入烧杯中，并记下液滴的总滴数N。 4．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉均匀地撒在水面上。 5．用注射器将油酸酒精溶液滴在水面上一滴。 6．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 7．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，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．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积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，并求平均值，即为油酸分子的直径。 数据处理 在实验中由D＝计算分子的直径，“V”是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。各物理量的计算方法如下： 1．一滴油酸酒精溶液的体积V′＝(N为滴数，VN为N滴油酸酒精溶液的体积)。 2．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝V′×η(η为油酸的浓度)。 3．油酸薄膜层的面积S＝na2(n为小正方形有效个数，a为小正方形的边长)。 4．注意单位的统一。 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 使用的坐标纸的方格要小一些，待液面稳定后再测量面积 系统误差 油膜的厚度不是单分子排列 使油酸酒精溶液的浓度小一些 　 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．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。 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，要在水面上先撒上痱子粉，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痱子粉，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