第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小（教学课件）物理鲁科版选择性必修第三册

1.2 科学测量：油膜法估算油酸分子大小 壹 素养目标 (1)理解实验原理：掌握油膜法估测分子大小的实验原理，理解如何通过测量油膜的面积和体积来计算分子直径。 (2) 掌握实验方法：学会配制油酸酒精溶液，掌握测量一滴溶液中纯油酸体积的方法，以及如何测量油膜形成的不规则图形的面积。 (3) 培养实验技能：通过实际操作，提高实验操作能力和数据处理能力，能够准确地进行实验操作并处理实验数据。 (4) 体会科学方法：通过实验体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用，理解微观物理量的测量方法。 (5)培养科学思维：在实验过程中，培养学生的科学思维能力，包括分析问题、解决问题的能力，以及对实验结果的评估和反思能力。 conclusion 课堂导入 ONE 分子是微观世界的重要组成部分，但直接测量分子直径非常困难。油膜法是一种巧妙的方法，通过宏观的油膜面积和体积来间接估算微观的分子直径。 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 一、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。 知识点讲解 二、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。 知识点讲解 三、实验原理 油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸分子油膜。若把油酸分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴油酸的体积V和油膜的面积S，就可估算出油酸分子的直径： 如何获得很小的1滴油酸？怎样测量它的体积？ 配制一定浓度的油酸酒精溶液，例如可以向1mL油酸中加酒精，直至总量达到500mL。 用注射器吸取这样的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，记下液滴的总滴数和它们的总体积，这样便知道1滴溶液的体积了。 如果把1滴这样的溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，液面上的油膜便是这滴溶液中的纯油酸形成的。根据溶液的比例，就可以计算出这部分油酸的体积是多少。 四、实验步骤 1.配制油酸酒精溶液，取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。 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，记下量筒内溶液增加一定体积(如1mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积V。 3.向浅水盘内倒入清水，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.将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的面积S。求面积时以坐标纸上边长为1cm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d。 四、数据处理： ①一滴油酸溶液的平均体积V； ②一滴溶液中含纯油酸的体积V1； ③油膜的面积S； ④分子直径d； 五、注意事项： 1.干净---实验所有用具都要擦洗干净； 2.适量---爽身粉和油酸的用量不要太大； 3.适宜---油酸酒精溶液的浓度不大于1%为宜，且配置好后不能长时间放置，以免浓度发生改变； 4.水平、垂直：浅盘要水平放置，以便准确描绘出油膜的轮廓；描绘轮廓时，视线应与玻璃片表面垂直。 5.稳定---待油膜形状稳定后，再描油膜轮廓； 6.规范---计算时单位统一化简成国际单位、注意数量级和有效数字问题。 六、误差分析： 系统误差---油酸分子看成球形且紧密排列，没有考虑分子间隙； 偶然误差 1.酸酒精溶液的实际浓度与理论浓度有误差； 2.测量一滴油酸酒精溶液的体积时，体积测量不准确； 3.描绘油膜轮廓不准确； 4.计算油膜面积时，油膜的不规则引起的误差； 课堂检测 例1.在用油膜法估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： ①取油酸注入的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到的刻度，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液； ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒内溶液达到，恰好共滴了100滴； ③在边长约的浅盘内注入约深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓； ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状； ⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。 （1） 这种估测方法是将每个分子视为______，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为 ，这层油膜的厚度可视为油酸分子的______。 [解析] 这种估测方法是将每个分子视为球体。让油酸尽可能在水面散开，形成的油膜可视为单分子油膜。这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。 球体 直径 单分子油膜 课堂检测 例2. 用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是:  实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以 为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是 。  使油酸在水面上容易形成一块单分子层油膜。 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。 单分子层油膜的面积 课堂检测 【解析】稀释的目的是使油酸在水面上容易形成一块单分子层油膜;为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。 conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中， （1） 实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是___； A. 可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓 B. 对油酸溶液起到稀释作用 C. 有助于测量一滴油酸的体积 D. 有助于油酸的颜色更透明便于识别 [解析] 实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是稀释油酸溶液，故选。 （2）某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为的蒸发皿、滴管、量筒（50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升）、纯油酸和无水酒精若干，已知分子直径数量级为，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为_____。（保留两位有效数字）。 [解析] 一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 一滴油酸酒精溶液的体积 则该老师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为 。 课堂检测 2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中， （1）选用下列器材：浅盘（直径为30～40cm）、注射器（或滴管）、 、按一定比例稀释好的油酸溶液、坐标纸、玻璃板、水彩笔（或钢笔）。请将还需要的一种实验器材补填在横线上。 （2）在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： a．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定。 b．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，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。 c．往浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。 d．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。 上述步骤中，正确的操作顺序是 。（填写步骤前面的字母） 痱子粉 c、a、d、b （3）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描述油酸膜的形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标中正方形方格的边长为1cm，则： ①油酸膜的面积是 cm2。 ②按以上实验数据估测出油酸分子的直径为 m．（结果均保留一位有效数字） 114 conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 一、实验思路 ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 ②油分子一个个紧挨着整齐排列，且把分子看成球形 ③计算原理： 二、物理量的测量 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 三、数据分析 ：一般分子直径的数量级是10-10m。 conclusion 课后作业 FOUR 1.(多选)关于分子,下列说法中正确的是(　　) A.分子的形状要么是球形,要么是立方体 B.所有分子的直径都相同 C.不同分子的直径一般不同,但数量级基本一致 D.测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中一种方法 解析:实际上,分子的结构非常复杂,它的形状并不真的都是球形或立方体,分子的直径不可能都相同,测定分子大小的方法有许多种,尽管用不同方法测出的结果有差异,但数量级基本是一致的,故选项A、B错误,C、D正确。 答案CD 2.(多选)“用油膜估测油酸分子的大小”的实验基础是(　　) A.把油酸分子视为球体,其直径即为油膜的厚度 B.让油酸在水面上充分散开,形成单分子油膜 C.油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积 D.油酸分子直径的数量级是10-15 m 解析油酸分子可视为球体,油膜的厚度可看成分子直径,油酸分子可看成一个紧挨着一个排列,油滴扩展为油膜时体积不变,即V=Sd。分子直径的数量级是10-10 m,故A、B、C正确,D错误。 答案ABC 3.某种油剂的密度为8×102 kg/m3,取这种油剂0.8 g滴在水面上,最后形成油膜的面积约为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　 A.10-10 m2 B.104 m2 C.1010 cm2 D.104 cm2 答案:B 4.在“油膜法估测分子大小”的实验中,所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为80滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中正方形方格的边长为1 cm。 (1)实验中为什么要让油膜尽可能散开? (2)实验测出油酸分子的直径是多少?(结果保留两位有效数字) (3)如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S,这种油的密度为ρ,摩尔质量为M,试写出阿伏加德罗常数的表达式。 5.某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，已知油酸酒精溶液的浓度为每溶液中有纯油酸。用注射器抽得上述溶液，现缓慢地滴出溶液，共有溶液滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中，在刻有小正方形坐标的玻璃板上描出油膜的轮廓如图所示，小正方形方格的边长为。试问： （1） 一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积___________； [解析] 一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是； （2）估测出油酸分子的直径__________（保留1位有效数字）； [解析] 油膜的面积可通过数方格得到，所围成的方格中，面积超过一半按一格算，小于一半的舍去，图中共有57个方格，故油膜面积为，油酸分子的直径； Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 解析由d=,得S= m2=104 m2,故B选项正确。 解析:(1)为使油膜在水面上形成单分子油膜。 (2)由题图可知油膜覆盖方格数约为120个,设油酸分子的直径为d, 则有d=×10-6÷(120×1×10-4) m, 解得d=6.3×10-10 m。 (3)每个分子的体积V0=π3, 由NAρV0=M,得NA=。 $$