实验1 用油膜法估测油酸分子的大小-2023-2024学年高二物理选择性必修3实验报告册（人教版）

1. 知道本实验的原理及所需的器材， 了解实验注意的事项。 2. 会正确测出 1 滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积。 3. 会计算分子的大小， 处理好实验数据。 4. 领会本实验方法构思的特点， 理解间接测量微观量的思想。 实验原理 油酸分子的一端具有亲水性， 另一端具有憎水性， 当把用酒精稀释过的油酸 滴在水面上时， 油酸便在水面上散开， 其中酒精溶于水并很快挥发， 在水面上形 成有自由边界的一层纯油酸薄膜， 即单分子油膜， 如图 1-1 所示。 如果将油酸看 作是球状模型， 测出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积， 计算出 油膜的厚度， 这个厚度就等于分子的直径， 如图 1-2 所示。 实验器材 盛水的容器、 有容积刻度并能使油酸酒精溶液一滴一滴下落的滴管或注射 器、 1 个量筒、 按一定比例 （一般为 1 ∶ 200 ） 稀释了的油酸溶液、 带有坐标方格 鄢 实验一 实验日期 年 月 日 用油膜法估测油酸分子的大小 鄢 实验一 用油膜法估测油酸分子的大小 实验目的 浮在水面上的 爽身粉 油酸膜 图 1 -2 图 1-1 d 1 学生实验报告册 物理 选择性必修 第三册 （人教版） 的透明有机玻璃盖板 （面积略大于容器的上表面）、 少量爽身粉或石膏粉、 彩笔。 实验步骤 1. 如图 1-3 所示， 用注射器或滴管将一定量的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入 量筒， 记下量筒内增加的一定体积溶液的总滴数， 求出 1 滴油酸酒精溶液的体 积， 进而根据配比计算出 1 滴溶液中所含纯油酸的体积 V 。 2. 向容器中倒入约 2 cm 深的水， 将爽身粉均匀地撒在水面上。 3. 小心地将 1 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。 4. 轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上， 用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板 上， 如图 1-4 所示。 5. 利用坐标方格计算出油膜的面积 S ， 再根据 1 滴溶液中纯油酸的体积和油 膜的面积求出油膜的厚度 d= V S ， 即为所测油酸分子的直径。 注意事项 1. 爽身粉不要撒得太多， 只要能够帮助看清油膜边界即可。 2. 滴入油酸溶液时， 一定要细心， 不要一下滴得太多， 使油膜的面积过大。 3. 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： 第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复； 第二是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， 用少量 酒精清洗， 并用脱脂棉擦去再用清水冲洗， 这样可保持盘的清洁。 图 1-3 图 1-4 2 数据处理 1. 计算分子直径时， 注意加的不是纯油酸， 而是油酸酒精溶液， 在利用公式 d= V S 计算时， 式中的 V 不是 1 滴溶液的体积， 而应该进行换算， 计算出 1 滴油 酸酒精溶液中纯油酸的体积。 方法： 设 n 滴油酸酒精溶液的体积是 1 mL ， 则每 一滴油酸酒精溶液的体积是 V 溶液 = mL ， 再乘以已知的溶液配比 （一般 为 1 ∶ 200 ）， 即可得到 1 滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V= m 3 。 2. 油酸溶液滴入水中后形成的油膜， 其面积是用数学坐标纸上对应的格数来 计算的， 以 1 cm 为边长的坐标纸上占了多少个格， 其面积就是多少平方厘米。 数格数时， 不足半格的舍去， 多于半格的算一格， 这样就可以计算出油膜的面积 S= m 2 。 3. 最后代入公式 d= V S ， 即可求出油膜厚度 d= ， 也就是油酸分子的 直径。 误差分析 1. 由于我们是采用间接测量的方式测量分子直径的， 所以实验室中配制的油 酸酒精溶液的浓度、 油酸在水面展开的程度、 油酸面积的计算都直接影响测量的 准确程度。 2. 虽然分子直径的数量级应为 10 -10 m ， 但在中学阶段， 对于本实验只要能测 出油酸分子直径的数量级在 10 -9 m 上即可认为是成功的。 实验拓展 学科间综合 油酸的化学分子式是 C 17 H 33 COOH 。 可以设想它的一个分子由 两部分组成： 一部分是 C 17 H 33 - ， 它不受水的吸引； 另一部分是 -COOH ， 它对水 有很强的亲和力。 经过酒精稀释的油酸滴在水面上形成近似圆形的油膜， 酒精溶 于水并挥发后 ， 在水面上形成一层单分子纯油酸层 ， 其中 C 17 H 33 - 冒出水面 ， 而 -COOH 部分在水中。 因此， 估算油酸分子的最大长度只需求出这层油膜的厚 度即可。 用油膜法估测油酸分子的大小 鄢 实验一 3 学生实验报告册 物理 选择性必修 第三册 （人教版） 思考与练习 1. （多选） 在 “用油膜法估测油酸分子的大小” 的实验中， 下列做法正确的是 （ ） A.