第1章 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步讲义(人教版)

2．实验：用油膜法估测油酸分子的大小 1．知道将分子简化为球形处理，建立水面上油酸的单分子油膜模型，并理解用分子油膜测量油酸分子直径的公式d＝。 2．能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜面积。 3．能对测量的数据进行综合分析和计算，得到油酸分子直径的数量级。 4．通过油膜法测量油酸分子直径的实验过程，体会用宏观量测量微观量模型的计算方法。 类型一　实验原理与步骤 【典例1】　(2022·福建厦门高二期末)某实验小组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步骤，并将它们按操作先后顺序排列：D、______(用字母符号表示)。 (2)某次实验时，滴下油酸溶液后，爽身粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是________。 A．盆中装的水量太多 B．爽身粉撒得太多，且厚度不均匀 C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层 [解析]　(1)用油膜法估测油酸分子的大小的实验的实验步骤为：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，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出1滴油酸酒精溶液的体积；往浅盘里倒入约2 cm深的水，水面稳定后将适量爽身粉均匀撒在水面上；用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴1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)出现该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。 [答案]　(1)B、F、E、C　(2)B 类型二　数据处理与误差分析 【典例2】　(2022·重庆西南大学附中高二期中)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1×104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入撒有爽身粉的盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上。在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形小方格的边长为2 cm。 (1)油酸膜的面积是________cm2。 (2)每1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL。 (3)油酸分子的直径是______m(保留两位有效数字)。 (4)若实验时爽身粉撒得过厚，则油酸分子的直径测量值偏________(选填“大”或“小”)。 [解析]　(1)由题图中油酸膜的轮廓可知，油酸膜所占坐标纸的格数约为70个，油酸膜的面积为S＝2 cm×2 cm×70＝280 cm2。 (2)1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝ mL＝8.0×10-6 mL。 (3)油酸分子的直径d＝＝ m≈2.9×10-10 m。 (4)若爽身粉撒得过厚，则油酸在水面上形成的油膜面积偏小，由d＝可知实验测量的油酸分子的直径偏大。 [答案]　(1)280　(2)8.0×10-6　(3)2.9×10-10　(4)大 　油膜法估测分子直径实验中的数据处理 (1)1滴油酸酒精溶液的平均体积＝。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝×油酸酒精溶液的体积比(体积比＝)。 (3)油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)。 (4)分子直径d＝(代入数据时注意单位的统一)。 1．(2022·北京八中高二月考)在“用油膜法估测分子直径”的实验中，某同学配置好油酸酒精溶液，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，将爽身粉均匀地撒在水面上 D．将画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 [解析]　A项是错误操作，一滴纯油酸含有的油酸分子数量太大了，如果将一滴纯油酸滴到水面上，形成的油膜太厚不能形成单分子油膜，因此测量的厚度也不是分子直径，A错误；根据实验原理，可知顺序为CBED。 [答案]　A　CBED 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__________________________。 [解析]　稀释的目的是使油酸在浅盘的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。 [答案]　见解析 3．(2022·山东淄博高二期末)在用油膜法估测油酸分子的直径的实验中，将油酸和酒精按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有水的浅盘、一支滴管、一个量筒、爽身粉、带方格的玻璃板等。 (1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读出油酸酒精溶液的体积V。 (2)将爽身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1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，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓。 (3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状如图所示，则油膜面积为________(已知每个小方格面积为S)。 (4)估算油酸分子的直径的表达式d＝________(用题目中字母表示)。 [解析]　(3)计算油膜面积时，将大于半个的方格算一个，不足半个的舍去，可得112个方格，所以油膜面积为112S。 (4)依题意，1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V油酸＝＝ 油酸分子直径的表达式为d＝＝。 [答案]　(3)112S　(4) 4．(2022·江苏沭阳高二期末)在用油膜法估测分子大小的实验中，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，方格纸每格边长是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过程中，油膜面积大小的变化情况是________。 (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”的实验，但都发生了操作错误。其中会导致所测的分子直径偏小的是________。 A．甲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的体积后，不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，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)1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝ mL＝2.5×10-6 mL。 (2)由题图中的油膜轮廓可知，油膜所占坐标纸的格数约为140个，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5 ＝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，油膜的面积先变大后变小。 (5)甲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1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偏小，A正确；乙在计算出注射器滴的每一滴油酸酒精溶液的体积后，不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，1滴油酸酒精溶液的实际体积变小，1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还是按变小前的数值计算，由d＝可知所测的分子直径偏大，B错误；丙在计算油膜面积时，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 7/7 学科网（北京）股份有限公司 $$