课下巩固训练(2) 实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

[课下巩固训练(二)]　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 ________________________________________________________________________ (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟)　　　　　　　　　　　　　　　　 【基础应用题】 1．(多选)用油膜法估测油酸分子的大小的理想条件是(　　) A．将油酸分子看成球体 B．考虑各油酸分子间的间隙 C．认为油酸分子是紧密排列的 D．将油膜看成单分子油膜 解析：选ACD。用油膜法估测油酸分子大小的三个前提条件：①将油酸分子视为球体模型；②忽略油酸分子之间的间隙，认为油酸分子是紧密排列的；③油酸分子在水面是单分子油膜层。只有在上述三个理想条件下，油膜的厚度才能视为油酸分子的直径，故A、C、D正确。 2．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．油酸酒精溶液放置较长时间后再进行实验 解析：选B。油酸浓度大了可能不能形成单分子油膜而影响实验结果，故A错误，B正确；油酸扩散后要待其收缩稳定后再绘出轮廓图，以防止酒精的干扰，故C错误；油酸酒精溶液放置较长时间后，油酸浓度会发生变化而产生较大误差，故D错误。 3．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，某小组算得的油酸分子直径偏小，可能是由于(　　) A．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 B．油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大 C．水面上爽身粉撒得较多，油酸未完全散开 D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数少计了10滴 解析：选B。计算油膜面积时，若舍去了所有不足一格的方格，则面积S的测量值偏小，根据油酸分子的直径d＝可知，算得的油酸分子直径偏大，A错误；油酸酒精溶液中酒精挥发后，油酸的浓度变大，油膜的面积S偏大，则算得的油酸分子直径偏小，B正确；水面上爽身粉撒得较多，油酸未完全散开，则油膜面积的测量值偏小，则直径的测量值偏大，C错误；求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数少计了10滴，则计算的一滴油酸酒精溶液中油酸的体积偏大，故算得的油酸分子直径偏大，D错误。 4．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：由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴油酸酒精溶液的体积后计算得到一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。油酸分子的直径等于一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即d＝，故除测得一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。 答案：使油酸在浅盘的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，得到一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积 【综合提升题】 5．(2024·山东济宁检测)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验步骤如下： A．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描在玻璃板上。 B．用公式d＝求出薄膜厚度，即油酸分子的大小。 C．已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c，将此油酸酒精溶液一滴滴地滴入小量筒中，当滴入N滴溶液时小量筒内溶液体积为V。 D．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x(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长为a，求出油膜的面积。 E．用浅盘装入约2 cm深的水。 (1)将上述实验步骤进行排序，正确的顺序应该是______________________________(写步骤前的序号)；上述步骤中有一处遗漏和不完整，请指出并补充完整______________________________________。 (2)实验中要让油酸在水面尽可能散开，形成单分子油膜，并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为____________。 A．控制变量法 B．理想化模型法 C．极限思想法 D．等效替代法 (3)从图中可数出小正方形的有效个数为x＝______________________。油酸分子的直径d＝______________ (用题中给出的符号表示)。 解析：(1)应该先配制油酸酒精溶液→准备浅盘→将油酸酒精溶液滴到水面上→描出轮廓→求出体积→根据公式算出分子直径。因此顺序为：CEADB。步骤A中应在浅盘的水面上均匀地撒上爽身粉或细石膏粉，以便描出油酸的轮廓。 (2)将油酸分子看成球形，在水面上形成单分子油膜。本实验体现的物理思想方法为理想化模型法，故选B。 (3)超过半个的算一个，小于半个的不算，总共为102个。纯油酸的总体积为cV，每一滴中所含纯油酸的体积为V0＝，每个小格的面积为a2，共有x个小格，因此油膜的总面积S＝a2x，油酸分子直径为d＝＝。 答案：(1)CEADB　步骤A中应在浅盘的水面上均匀地撒上爽身粉或细石膏粉　(2)B (3)102　 6．(2024·广东广州检测)(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积______________cm2，由此估算出油酸分子的直径是____________m(保留1位有效数字)。 (2)某同学做完“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验后，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的体积作为油酸的体积进行计算 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．计算油膜面积时，只数了完整的方格数 D．求每滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数多记了10滴 解析：(1)通过数格就能计算油膜的面积，多于半个格的算一个，少于半个格的舍去，由题图可知，油膜的面积为S＝64×4 cm2＝256 cm2＝0.025 6 m2，两滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V＝2× mL＝2×10－5 mL＝2×10－5 cm3， 油酸分子的直径为d＝＝ m≈8×10－10 m。 (2)将滴入的油酸酒精溶液的体积作为油酸的体积进行计算，则V取值偏大，由d＝知d偏大，故A正确；油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度增大，油膜的面积S偏大，导致d偏小，故B错误；计算油膜面积时，只数了完整的方格数，则S取值偏小，导致d偏大，故C正确；求每滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，1 mL油酸酒精溶液的滴数多记了10滴，由V1＝ mL，可知纯油酸的体积将偏小，导致d偏小，故D错误。 答案：(1)256　8×10－10　(2)AC 【创新拔高题】 7．如图所示，科学家在铜表面将48个铁原子排成圆圈，形成半径为7.13 nm的“原子围栏”，相邻铁原子间有间隙。已知铁的密度为7.8×103 kg/m3，摩尔质量是5.6×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1。试估算原子平均间隙的大小(结果保留一位有效数字)。 [创新空间]物理实验中的科学研究方法——放大法 在测量一些微小物理量时，为了提高测量的精度，常使物理量的数值变大、作用时间延长、作用空间扩展等，这种方法叫放大法。在“卡文 迪什扭秤实验”中，卡文迪什巧妙利用光的反射将微小形变放大，从而便于测量。 解析：根据题意可知，一个铁原子的体积 V＝ 将铁原子看作球形，设直径为D，则有 V＝π()3 因此，铁原子的直径可表示为D＝ 围栏中相邻铁原子间的平均间隙为 l＝－D 代入数据解得l≈7×10－10 m。 答案：7×10－10 m 学科网（北京）股份有限公司 $$