第1章 2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过实验，估测油酸分子的大小 科学思维：建立单分子油膜模型 科学探究：通过实验，估测油酸分子的大小 会用油膜法估测油酸分子的大小 (见学生用书P5) 知识点　用油膜法估测油酸分子的大小 1．实验目的：用油膜法估测油酸分子的大小；初步学会用统计的方法求物理量。 2．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＝。 3．实验器材：清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长为30～40 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板、彩笔、爽身粉(或细石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)。 4．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，使油酸充分溶于酒精，这样就得到了浓度为0.2%的油酸酒精溶液。 (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，并记下量筒内溶液增加一定体积时的滴数N。 (4)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将爽身粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上。 (5)用注射器(或滴管)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，算出一滴油酸酒精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，即为油酸分子的大小。 5．数据处理 (1)一滴油酸酒精溶液的体积 V1＝。 (2)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V＝V1×油酸与油酸酒精溶液的体积比(体积比＝)。 (3)油膜的面积S＝n×1 cm2(小方格的边长为1 cm，n为有效格数，数格数时四舍五入)。 (4)分子直径d＝(代入数据时注意统一单位)。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免油酸酒精溶液的浓度改变而产生实验误差。 (　√　) (2)水面上的油膜扩散后又收缩，要在油膜形状稳定后再画轮廓。(　√　) (3)向浅盘的中央加爽身粉，使爽身粉自动扩散均匀，比在水面上撒爽身粉效果好。(　　) (4)本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可。(　√　) 2．思考题：水面上的油膜扩散后又收缩的原因是什么？ 【答案】 一是水面受到油酸酒精液滴冲击凹陷后恢复原状；二是酒精挥发后液面收缩。 (见学生用书P6) 类型一　实验步骤 “用油膜法估测油酸分子的大小”实验的简要步骤如下： A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积S B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油膜的形状描画在玻璃板上 C．在浅盘中倒入约2 cm深的水 D．用公式d＝求出油膜厚度，即油酸分子直径的大小 E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V (1)请指出在上述步骤中有遗漏或不完整的情况： ①遗漏：__C步骤中，要在水面上均匀撒上爽身粉__。 ②补充的步骤F：__用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内油酸酒精溶液增加一定体积时所加溶液的滴数__。 (2)上述实验步骤补充完善后的合理顺序：__CFBAED(或FCBAED)__。 【解析】 实验步骤的合理顺序是CFBAED(或FCBAED)。 如图所示，在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液滴入水中后，接下来的操作步骤是(　D　) A．立刻用刻度尺去量油膜的面积 B．让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积 C．立即将油膜的轮廓画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积 D．让油膜尽可能地散开，等到形状稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积 【解析】 将油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，形成单分子油膜，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积，由于油膜形状不规则，无法用刻度尺去量油膜的面积，故D正确，A、B、C错误。 类型二　估测油酸分子的直径 每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面上展开，稳定后形成的单分子油膜的形状如图所示。 (1)若每个小方格的边长为30 mm，则油酸薄膜的面积为__4.95×10-2__m2。 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为__1.2×10-11__m3。 (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为__2.4×10-10___m。 【解析】 (1)用填补法数出在油膜范围内的格数(面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍去不算)为55个，油膜面积约为S＝55×(3.0×10-2 m)2＝4.95×10-2 m2。 (2)因50滴油酸酒精溶液的体积为1 mL，且油酸酒精溶液的浓度为×100%＝0.06%，故每滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V0＝×0.06%＝1.2×10-11 m3。 (3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为d＝＝ m≈2.4×10-10 m。 某实验小组欲完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D、__B、F、E、C__(用字母表示)。 　　　　 (2)某次实验时，滴下油酸酒精溶液后，爽身粉迅速散开形成图中所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是__B__。 A．盘中装的水量太多 B．爽身粉撒得太多，且厚度不均匀 C．盘太小，导致油酸无法形成单分子层 【解析】 (1)该实验的步骤：用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积；往边长约40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，水面稳定后将适量爽身粉均匀地撒在水面上；用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上；待薄膜形状稳定，将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上；将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积；根据一滴油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。则排列顺序为D、B、F、E、C。 (2)出现题图所示图样的可能原因是爽身粉撒得太多，且厚度不均匀，导致油酸没有均匀散开，故选B。 本课点睛(教师用书独有) “用油膜法估测油酸分子的大小”的原理 学科网（北京）股份有限公司 $$