第14章 实验20 用油膜法估测油酸分子的大小（Word教参）-【勤径学升】2025年高考物理一轮总复习

实验二十　用油膜法估测油酸分子的大小 对应学生用书P305 实验原理 操作要领 1.利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜。 2．将油酸分子视为球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积。 3．用d＝计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积)，这个厚度就近似为油酸分子的直径 1.配制油酸酒精溶液。 2．用注射器通过累积法得到1滴油酸酒精溶液的体积，再计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 3．借助坐标纸测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 误差分析 注意事项 (1)油酸酒精溶液配制后若长时间放置，溶液的浓度会改变，会给实验带来较大误差。 (2)纯油酸体积的计算误差。 (3)油膜形状的画线误差。 (4)油膜面积的测量误差。 (5)数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差 (1)油酸酒精溶液配制后不宜长时间放置，以免浓度改变，产生误差。 (2)油酸酒精溶液的浓度应小于。 (3)爽身粉(或细石膏粉)的用量不要太大，否则不易成功。 (4)测1滴油酸酒精溶液的体积时，由注射器滴入烧杯中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小。 (5)浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。 (6)要待油膜形状稳定后，再画轮廓。 (7)本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合即可。 (8)做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁 　　　　　　　　　　　　　　　　 [例1]　(2023·三明开学考试)“用油膜法估测分子的大小”的实验方法及步骤如下： ①向1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到500 mL； ②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴滴地滴入小量筒中，当滴入100滴时，测得其体积恰好是1 mL； ③先往边长为30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上； ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状； ⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，小方格的边长为20 mm，数出轮廓范围内小方格的个数N。根据以上信息，回答下列问题： (1)油酸分子直径是________m。(结果保留两位有效数字) (2)在实验中，认为油酸分子在水面上形成的是单分子层，这体现的物理思想方法是________。 A．等效替代法 B．类比法 C．理想模型法 D．控制变量法 (3)若某学生计算油酸分子直径的结果偏大，可能是由于________。 A．油酸未完全散开 B．油酸溶液浓度低于实际值 C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 D．求每滴体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴 解析　(1)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V＝× mL＝2×10－11 m3，根据大于半个方格的计为一个，小于半个方格的不计的原则，可得油膜形状占据的方格数约为N ＝115格，所以油膜的面积为S＝115×202×10－6 m2＝4.6×10－2 m2，所以油酸分子的直径为d＝＝ m＝4.3×10－10 m； (2)实验中把分子看作小球，认为油酸分子能够一个一个紧密排列，在水面上形成单分子油膜层，都是采用了理想模型法，C正确，故选C； (3)计算油酸分子直径的依据是d＝，油酸未完全散开，则测得的油膜面积所占方格数目偏少，所以导致油酸分子直径计算值偏大，A正确；油酸溶液浓度低于实际值，则一滴溶液中纯油酸计算体积偏小，导致油酸分子直径计算值偏小，B错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，则测得的油膜面积所占方格数目偏少，所以导致油酸分子直径计算值偏大，C正确；求每滴体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴，则导致一滴溶液体积计算值偏小，则一滴溶液中纯油酸计算体积偏小，导致油酸分子直径计算值偏小，D错误。 答案　(1)4.3×10－10 　(2)C　(3)AC [例2]　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是0.5 cm，根据以上信息，回答下列问题： (1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为________mL。 (2)油膜的面积为________cm2。 (3)油酸分子的直径约为________m。(此小题保留一位有效数字) (4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定的过程中，油膜的面积大小变化情况是____________。 (5)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误。其中会导致所测的分子直径d偏小的是________。 A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些 B．乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小 C．丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些 解析　(1)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积： V＝× mL＝2.5×10－6 mL。 (2)由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5 cm2＝35 cm2。 (3)油酸分子的直径约为d＝≈7×10－10 m。 (4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小。 (5)甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，由d＝，可知所测的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来的计算的，由d＝，可知所测的分子直径d偏大，B错误；丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d＝，可知所测的分子直径d偏大，C错误。 答案　(1)2.5×10－6　(2)35　(3)7×10－10 (4)先变大后变小　(5)A [对应学生用书P306] 1．某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，每500 mL油酸酒精溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得100滴这样的溶液为1 mL。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板盖在浅盘上并描出油膜的轮廓，如图所示，图中小正方形方格的边长为20 mm。 (1)在实验中，下列操作错误的是________。 A．为了使油膜边界更清晰，需要在油膜上轻轻撒上一些痱子粉 B．在水面上滴入油酸酒精溶液后，应该马上数方格 C．对注射器刻度读数时，视线要平视刻度 D．数方格时，不足半个的舍去，超过半个的算一个 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V是______mL。 (3)油酸分子的直径是________m。(结果保留1位有效数字) 解析　(1)为了使得油膜边界更清晰，需要先在浅盘里倒入2 cm左右深的水，然后将痱子粉均匀撒在水面上，而不是油膜上，故A错误；在水面上滴入油酸酒精溶液后，待油膜的形状稳定后，再数方格数，故B错误；对注射器刻度读数时，视线要平视刻度，故C正确；数方格时，不足半个的舍去，超过半个的算一个，故D正确。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V： V＝×mL＝2×10－5 mL。 (3)由题图可读出超过半格的格数约为115小格，则油膜面积为S＝115×20×20×10－6 m2＝4.6×10－2 m2， 油酸分子的直径为d＝＝m≈4×10－10 m。 答案　(1)AB　(2)2×10－5　(3)4×10－10 2．(1)如图是反映“用油膜法估测分子的大小”的实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)。 (2)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1 000 mL溶液中有0.6 mL 油酸，用注射器测得1 mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜的形状。如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为1 cm，试求： ①油酸膜的面积是________cm2。 ②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL。 ③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是________m。(结果保留两位有效数字) (3)如果实验中油膜没有完全散开，测得的油酸分子直径________(选填“偏大”或“偏小”)。 解析　(1)顺序应是：先量出一滴油酸酒精溶液的体积，然后将油酸酒精溶液滴入撒入痱子粉的浅水盘中，稳定后将一块玻璃板盖到浅盘上，用笔将油膜的轮廓画到玻璃板上，最后将玻璃板放到坐标纸上算出油膜的面积，因此顺序为dacb。 (2)①油酸膜的面积S＝132×1 cm2＝132 cm2， ②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积： V＝× mL＝8×10－6 mL， ③根据d＝，代入数据可得d≈6.1×10－10 m。 (3)若油膜没有完全散开，则测量面积S偏小，测得油酸分子直径偏大。 答案　(1)dacb　(2)①132(130～134均可) ②8×10－6　③6.1×10－10　(3)偏大 3．油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL 油酸酒精溶液中有油酸0.5 mL，用注射器吸取1 mL油酸酒精溶液，把该溶液滴入烧杯内，总滴数为50滴。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(以下计算结果均保留2位有效数字) (1)若每一小方格的边长为10 mm，则油酸薄膜的面积为________m2。 (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为________m3。 (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为________m。 (4)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列哪些措施是可行的________。 A．油酸浓度适当大一些 B．油酸浓度适当小一些 C．油酸扩散后立即绘出轮廓图 D．油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图 解析　(1)每个正方形的面积为S1＝(10 mm)2＝1×10－4 m2，面积超过正方形面积一半的正方形的个数为80个，则油酸膜的面积约为S＝80S1＝80×10－4 m2＝8.0×10－3 m2。 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积： V＝ mL＝1.0×10－11 m3。 (3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则分子的直径： d＝＝ m≈1.3×10－9 m。 (4)为能形成单分子油膜，油膜浓度应适当小些；绘制轮廓图应在油酸扩散稳定后进行，B、D正确，A、C错误。 答案　(1)8.0×10－3(7.8×10－3～8.5×10－3均可) (2)1.0×10－11　(3)1.3×10－9(或1.2×10－9)　(4)BD 4．(2023·海淀阶段练习)用油膜法估测油酸分子的大小，利用“油膜法估测分子直径”实验体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量的方法。 (1)甲同学配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项是________；其余正确操作的合理顺序是________。 A．将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜 B．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜 C．向浅水盘中倒入约 2 cm 深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上 D．将描有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再根据d ＝估算出油酸分子的直径 E．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上 (2)乙同学在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，将6 mL的油酸溶于酒精中制成 104 mL的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1 mL。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅水盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积约为________m2。由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为________m。(均保留两位有效数字) (3)丙同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是 ________。 A．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 B．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化 C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 D．计算油膜面积时，不完整的方格作为完整方格处理 解析　(1)为了使得油膜形成单分子油膜层，实验时，需要将油进行稀释，不能直接将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，A错误，符合题意。实验时，先向浅水盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，再将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，随后将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上，最后将描有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S。再根据d＝估算出油酸分子的直径。即正确操作的合理顺序是CBED； (2)利用数格子的方法，油酸膜的面积约为S＝112×1×10－2×1×10－2 m2≈1.1×10－2 m2，1滴这样的溶液中的纯油酸体积为V＝××10－6 m3＝8×10－12 m3，则估算出油酸分子的直径约为d＝≈ m＝7.3×10－10 m； (3)由于d＝，若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，体积偏大，则所测的分子直径d明显偏大，A正确；若油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，实验数据处理仍然按照挥发前的浓度计算，即算出的纯油酸体积偏小，则所测的分子直径d明显偏小，B错误；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，即算出的油膜层面积偏小，根据d＝，可知所测的分子直径d明显偏大，C正确；计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则算出的油膜层面积偏大，所测的分子直径d明显偏小，D错误。 答案　(1)A　CBED　(2)1.1×10－2(1.1× 10－2～1.2×10－2) 　7.3×10－10(6.7×10－10～7.3×10－10) 　(3)AC 学科网（北京）股份有限公司 $$