第1章 第2节 实验用油膜法估测油酸分子的大小-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

物理选择性必修第三册课堂学案 第2节实验：用油膜法估测油酸分子的大小 [学习目标]1.知道用油膜法估测油酸分子大小的实验思路（科学思维）.2.通过实验估测分子的大小， 体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用（科学探究）.3.了解一般分子大小的数量级（物理 观念). 课前·教材预案 教材梳理 (1)在浅盘里盛上水，将爽身粉 地撒在 水面上 知识点一 实验思路 (2)用注射器向水面上滴1滴 把1滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油 ,油酸立即在水中散开，形成一块有轮廓 膜，油膜是由层油酸分子中的烃基C?Ha 的油膜， 组成.把分子简化为球形处理，并认为它们紧密 (3)待油膜形状稳定后，将事先淮备好的带有 排布，测出油膜的 ,它就相当于分子的 坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上 直径，实验中需要将油酸在酒精中稀释后再滴入 水中，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液 (4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方 中纯油酸的 与它在水面上摊开的 格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个 之比，如图所示 的 ,多于半个的算一个 油酸分子 (5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得 000000000& 到 知识点二 实验器材 知识点四 数据分析 配制好的一定浓度的 、浅盘、水、 1.用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该 油膜面积S计算出油膜厚度，即油酸分子的直 、注射器、烧杯、带坐标方格的玻璃板、 彩笔 径d长 知识点三 物理量的测量 2.除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V. 的数量级为 m (1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。 知识点五注意事项 (2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射 1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免 器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一 浓度改变，造成较大的实验误差， 滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数 2.实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉（或 (3)用它们的 除以 ,得到1 细石膏粉)应均匀撒在水面上 滴油酸酒精溶液的体积 3.向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能 (4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V. 离水面太高，否则油膜难以形成。 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜 4.待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜 面积S. 的形状稳定后再描轮廓， ·10· 第一章分子动理论 课堂·深度探究 探究点一 实验原理与操作 D.取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合 【例题1】在“用油膜法估测油酸分子的大小”的 均匀配制成一定浓度的油酸酒精溶液 实验中： E.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 (1)某同学操作步骤如下： F.用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一 ①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓 滴一滴地滴入量简，记下量筒内增加一定 度的油酸酒精溶液； 体积时的滴数 ②在量筒中滴人一滴该溶液，测出它的体积； ③在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸 G.由d=号得到油酸分子的直径d 酒精溶液，待其形状稳定； 上述实验步骤的合理顺序是 ④在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用 (填写字母编号) 透明方格纸测量油膜的面积 (2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的 改正其中的错误： 球形，在水面形成单分子油膜”，体现的物理 思想方法是 (2)实验中，进行了理想化的假设，如 (3)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的 实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL (写出一种假设即可).实验中，测量出滴入水 溶液中有纯油酸0.2L,用量筒和注射器测 中的纯油酸体积后，为得到油酸分子的直径， 得1mL上述溶液有80滴，用注射器把一滴 该溶液滴入表面撒有爽身粉的浅盘里，待水 还需测量的物理量是 面稳定后，画出油酸薄膜的轮廓如图所示，图 .在油膜实验 中正方形小方格的边长为1cm,由此可估测 中，均匀撒爽身粉（或细石膏粉）有利于形成 出油酸分子的直径是 m.(结果保留 便于记录数据.将一滴体积为 两位有效数字) V的油酸酒精溶液滴入水中，油膜充分散开 后面积为S,溶液的浓度为，估算该油酸分 子的直径为 【变式1】在做“用油膜法估测油酸分子的大小” 的实验中： (1)实验简要步骤如下： 探究点二实验数据处理与分析 A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上， 【例题2】(1)如图所示的四个图反映“用油膜法 估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤，将 数出轮廓内的方格数，再根据方格的边长 它们按操作先后顺序排列应是 (用 求出油膜的面积S 符号表示). B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸 的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩 笔将薄膜的形状描画在玻璃板上 C.用浅盘装入约2cm深的水，然后将爽身粉 均匀地撒在水面上 11 物理选择性必修第三册课堂学案 (2)在该实验中，油酸酒精溶液的浓度为每 【变式2】在“油膜法估测分子大小”的实验中，油 1000mL溶液中有1mL纯油酸.用注射器测 酸酒精溶液的浓度约为每10mL溶液中有纯 得1mL上述溶液有100滴，把2滴该溶液滴 油酸6ml.用注射器测得1mL上述溶液为 入盛水的浅盘里，画出油膜的形状如图所示， 75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水 坐标格的正方形大小为20mm×20mm.可 面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻 以估算出油膜的面积是 m2,2滴油 璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐 酸酒精溶液中纯油酸的体积为 标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正 m3, 方形方格的边长为1cm试求： 由此估算出油酸分子的直径是 m. (所有结果保留两位有效数字) (1)油膜的面积 (2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积 (3)某同学通过测量出的数据计算分子直径 时，发现计算结果比实际值偏大，可能是 (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径 由于 A.油酸未完全散开 (4)某同学在实验过程中，在距水面约2cm B.油酸酒精溶液浓度低于实际值 的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油 C.计算油膜面积时，将所有不足一格的方格 膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又 记为一格 收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析 D.求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多 的原因： 记了10滴 课末·随堂演练 1.(实验原理)在“用油膜法估测油酸分子的大 V A.NV.s(m) B※m 小”的实验中，认为油酸分子在水面上形成单 分子层，且油酸分子是一个紧挨一个的球形， V C.NVs(cm) V D.NVas(cm) 这体现的物理思想方法是 ( 3.(数据处理与娱差分析)某同学在实验室做“用 A.等效替代法 B.控制变量法 油膜法估测分子直径大小”的实验中，实验的 C.理想模型法 D.累积法 方法及步骤如下： 2.(实验数据处理)把体积为V1(L)的油酸倒入 适量的酒精中，稀释成V2(mL)的油酸酒精溶 液，测出1mL油酸酒精溶液共有N滴；取一 滴溶液滴入水中，最终在水中形成面积为S (cm)的单分子油膜，则该油酸分子的直径大 ①向体积V油=1mL的油酸中加酒精，直至总 约为 ( 量达到V点=500mL; ·12 第一章分子动理论 ②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液， 答下列问题： 把它一滴一滴地滴入烧杯中，当滴人n=100 (1)该同学遗漏的重要步骤是 滴时，测得其体积恰好是V。=1mL: (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V是 ③往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深 的水，将爽身粉均匀撒在水面上： (3)油酸分子的直径是 (保留1位有 ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，将 效数字)； 事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板 上描下油膜的形状； (4)若爽身粉撒得过厚，则会使分子直径的测 ⑤如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数 量结果偏 (选填“大”或“小”) N,小方格的边长l=20mm.根据以上信息，回 友情提示完成Pa课时作业（二） 第3节 分子运动速率分布规律 [学习目标]1.理解气体分子运动的特点及气体分子运动速率的统计分布规律（物理观念）.2.能用气 体分子动理论解释气体压强的微观意义（科学思维）. 课前·教材预案 教材梳理 运动的分子都有，而且向各个方 向运动的气体分子数目几乎 知识点 统计规律 气体分子运动的 特点 知识点二 分子运动速率分布图像 1.统计规律 温度越高，分子的热运动越 大量气体分 (1)必然事件：在一定条件下 出现的 子的速率呈“ ”的规律分布.当 事件 温度升高时，速率大的分子比例比较 ,其 (2)不可能事件：在一定条件下 出现 分子的平均速率较 的事件 知识点三气体压强的微观解释 (3)随机事件：在一定条件下可能 ,也 1.气体压强的产生原因：大量气体分子不断 可能 的事件. 器壁的结果 (4)统计规律：大量 事件的 2.气体压强：器壁 面积上受到的 往往会表现出一定的规律性」 3.气体压强的微观解释 2.气体分子运动的特点 (1)某容器中气体分子的 越大，单位 (1)由于气体分子间的距离比较大，分子间作 时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对 用力很弱，通常认为，气体分子除了相互碰撞 器壁的作用力越 或者跟器壁碰撞外，不受力而做 运 (2)容器中气体分子的 大，在单位时 动，因此气体充满它能达到的整个空间. 间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就， (2)分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着 平均作用力也会较 ·13课末·随堂演练 液，待油膜形状稳定(2)将油膜的厚度近似认为等于油酸 1.BC解析只知道水的摩尔质量和水分子的体积，而不知道 水的密度，不能求出阿伏加德罗常数，选项A错误：用水的 分子的直轻形成的消酸面积清晰的油膜边缘1一背 摩尔质量除以水分子的质量可以求出阿伏加德罗常数，选项 [变式1门解析(1)实验步骤为：将配制好的油酸酒精溶液，通过 B正确：用氧气的摩尔质量除以氧气分子的质量可以求出阿 量筒测出1滴此溶液的体积.然后将1滴此溶液滴在有爽 伏加德罗常数，选项C正确：用氧气的摩尔体积除以氧气分 身粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定后，将玻璃板放在浅 子所占空间的体积能求出阿伏加德罗常数，但用氧气的摩尔 盘上，用彩笔描绘出油膜的形状，将画有油膜轮廓的玻璃板 体积除以氧气分子的体积不能求出阿伏加德罗常数，选项D 放在坐标纸上，按不足半个舍去，多于半个的算一个，计算 错误， 出油膜的面积则用1滴此溶液中纯油酸的体积除以1滴 2.BD解标分子为正方体时，1mol该物质的体积为N,则 此溶液形成的油膜的面积，恰好就是油酸分子的直径，故实 PN,选项B正确，C错误；分子为球体时，1mol该物质 验步豫的合理顺序为DFECBAG(或CDFEBAG). (2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形，在水面 的体积为行Na,则p1 NN,选项D正确， 4=64 形成单分子油膜”，体现的物理思想方法是理想模型法， (3)由于每个小方格边长为1cm,则每一个小方格的面积就 是1cm,数出在油膜轮廓范围内的格子数（超过半格的以 A错误. 一格计算，小于半格的舍去)为0个，则油酸薄膜的面积 3.C解析气溶胶颗粒的无规则运动是布朗运动，气溶胶分子 S=40cm=4.0×103m2. 的无规则运动不是，选项A错误：布朗运动反映了气体分子 由题意知，80滴油酸酒精溶液的体积为1l,且油酸酒精 运动的无规则性，选项B错误：悬浮在气体中的颗粒越小，布 溶液的体积分数为0,02%，故每滴油酸酒精溶液中含有纯 朗运动越明显，选项C正确：当田态或液态颗粒很小时，受到 气体的浮力作用微乎其微，这些颗粒之所以能很长时间都悬 油酸的体积，=长×0.02%=动×0.02%×10㎡= 浮在气体中是因为空气分子对它们的撞击作用，选项D 2.5×10-2m3. 错误 4.D解扬破碎的玻璃放在一起，由于接触面的错落起伏，只 油酸分子直径d= V 2.5×10-9 4.0×10am6.3×10-10m 有极少数分子能接近到分子间有作用力的程度，因此，总的 答案(1)DFECBAG(或CDFEBAG)(2)理想模型法 分子引力非常小，不足以使它们连在一起，选项D正确 (3)6.3×10-0 第2节实验：用油膜法估测油酸分子的大小 [例题2]解杨(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤 为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积()→ 课前·教材预案 准备浅水盘·形成油膜(a)→描绘油膜边缘(C)→测量油膜 【牧材梳理】 面积(b)→计算分子直径；因此操作先后顺序排列应是 知识点一 dacb. 单厚度d体积V 面积S (2)由题图油膜可知，油膜的面积为 知识点二 S=75×20mm×20mm=3.0×102m2. 油酸酒精溶液爽身粉（或细石膏粉） 2滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为 知识点三 1 1.(3)总体积 总滴数 V=2×100×1000ml.=20×103ml,=2.0×103cm= 2.(1)均匀(2)油酸洒精溶液 (3)描下薄膜的形状(4)舍 2.0×10-1m3, 去(5)油膜的面积S 知识点四 法酸分子的直程务d一背-金8二6,7X10”m 2.10-m (③)计郭油酸分子直径的公式是d=当，V是纯油酸的你 课堂·深度探究 积，S是油膜的面积，油酸未完全散开，测得的S偏小，求得 [例题1门解折(1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体 的分子直径d将偏大，选项A正确：如果油酸酒精溶液浓 积误差太大，应先用累积法测出N滴该溶液体积，再求出 度低于实际值，测得的纯油酸的体积偏小，求得的分子直径 一滴的体积，故改正为：在量筒中滴入N滴溶液，测出其体 将偏小，选项B错误：计算油膜面积时将所有不足一格的方 积：③油酸在水面上形成的油膜形状不易观察，可在水面上 格记为一格，测得的S将偏大，求得的分子直径将偏小，选 先撒上爽身粉（或细石膏粉），再滴油酸酒精溶液，稳定后就 项C错误；求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了 呈现出有清晰轮廓的油膜，故改正为：在水面上先撒上爽身 粉（或细石膏粉），再滴入一滴油酸酒精溶液，待油膜形状 10滴，一滴溶液的体积V,=1 ml,可知测得一滴溶液的 稳定 (2)实验中进行了一些理想化的假设，如假定油酸分子一个 休积偏小，纯油酸的休积将偏小，由山一号可得，求得的分 紧挨一个的排列在一起，将油膜的厚度近似认为等于油酸 子直径将偏小，选项D错误 分子的直径等：实验中需要测出纯油酸体积和油酸在水面 答客(1)dacb(2)3.0×10￥2.0×1016.7×10-" 完全铺开后形成的油膜面积：均匀撒爽身粉（或细石膏粉】 (3)A 有利于形成清晰的油膜边缘，便于测量油膜的面积：油膜的 [变式2]解粉(1)根据图中的轮廓可知，油膜面积为S=106X 厚度为d=,近似认为其等于油酸分子的直径 1cm2=106cm2. 答系(1)②在量筒中滴人N滴溶液，测出其体积③在水 (2)由1ml溶液为75滴，可知1滴溶液的体积为污mL, 面上先撒上爽身粉（或细石膏粉），再滴入一滴油酸酒精溶 又已知每10mL溶液中有纯油酸6ml.测I滴溶液中含 ·171 纯油酸的体积为V=房×8ml.=8XI0*am】 6 [变式1门D解析气体分子的运动是杂乱无章的，在某一时刻 气体分子可以向任一方向运动，而大量气体分子在某时刻 (3)油酸分子直径为d= V-8×10 106 一cm≈7.5X10"cm= 向任一方向运动的分子数相等，选项A错误，D正确：气体 分子是在永不停息地做无规则运动，不可能静止，选项B错 7.5×10-0m 误；研究分子的运动时，研究的是大量分子的运动，研究一 (4)主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下 后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩：②油酸酒 个分子的运动无实际意义，选项C错误 精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩。 [例题2]AD解析温度越高，分子热运动越剧烈，运动剧烈是 答索(1)106cm(2)8×104cm2(3)7.5×10"m 指速率大的分子所占的比例大，根据题图，图线2中速率大 (4)见解析 的分子所占比例大，则对应温度高，图线1中速率大的分子 课末·随堂演练 所占比例小，则对应温度低，选项A正确：图线中的峰值对 1.C解析在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，让一 应的横坐标数值是表示分子数百分率达到最大值时分子的 定体积的油酸滴在水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作 速率，不表示分子的平均速率，选项B错误：温度的影响是 球形，可认为油酸分子是一个紧挨一个的，估算出油膜面积， 对大量分子运动的统计规律，对个别的分子没有意义，所以 从而求出分子直径，这里用到的方法是理想模型法，选项C 温度升高，不是每一个氧气分子的速率都增大，选项C错 正确，A、BD错误. 误：温度升高，氧气分子中速率小于400/s的分子所占的 2.D解扬由题意可知，V,(mL)的油酸酒精溶液有VV滴， 比例减小，选项D正确。 则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V= [变式2]BC解析由题图可知，②中速牵大的分子占据的比 NV -(ml),由 例较多，则说明②对应的平均速率较大，故②对应的温度较 d=长得d=sam,选项D正确。 V 高，所以①是氧气分子在0℃下的速率分布情况图像，选项 A错误：两种温度下，都是中等速率的氧气分子数所占的比 3.解析(1)“用油膜法估测分子大小”的实验步骤可简记为“配一 例大，呈现“中间多，两头少”的分布规律，选项B正确：温度 撒→滴→描→数→算”，由实验步骤可知，缺少的实验步骤是 升高使得氧气分子的平均速率增大，不是每一个氧气分子 待油酸薄膜形状稳定后 的逸率都增大，选项C正确：随着温度的升高，氧气分子中 (2)一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积 速率大的分子所占的比例增大，选项D错误」 1 V=×1ml.=2x10ml. 【情境导学】 (3)根据题图中的轮廓可知油膜面积占114小格，则油膜的 答系气体压强等于大量气体分子在器壁单位面积上的平均作 面积S=456×10-+m, 用力，气体压强大小与气体分子的数密度和气体分子的平均速 则油酸分子的直径d=S=0X0m×=4X100m 率有关。 [例题3]D解析气体的压强在微观上与两个因素有关，一是 (4)水面上爽身粉撒得较多，油膜不能充分展开，则测量的面 气体分子的平均速率，二是气体分子的数密度，数密度或平 积S偏小，导致计算结果偏大， 均速率增大，都只强调问题的一方面，即平均速率增大或减 答察(1)待油酸薄膜形状稳定后(2)2×10 (3)4× 小的同时分子的数密度可能减小或增大，使得压强的变化 100(4)大 不能确定：同理，当分子的数密度增大时，分子的平均速率 第3节 分子运动速率分布规律 也可能诚小，气体的压强变化不能确定：综上所迷，选项A, BC错误，D正确. 课前·教材预案 [变式3]B解析压强不变，墙壁单位面积受到气体压力不 【教材梳理】 变，选项C错误：当温度升高时，气体体积增大，因此教室内 知识点一 的空气质量减少，教室体积不变，则空气密度减小，选项A 1.(1)必然(2)不可能(3)出现不出现(4)随机整体 错误：当天16：00与10：00相比教室内温度升高，空气分子 2.(1)匀速直线(2)任何一个方向相等 平均速率增大，选项B正确：教室内气体分子密度减小，又 知识点二 因为教室内气压不变，那么单位时间碰撞墙壁单位面积的 1.剧烈中间多、两头少多大 气体分子数减少，选项D错误 知识点三 1.撞击 课末·随堂演练 2.单位压力 1.BD解枥一定温度下的气体分子碰撞十分频紫，单个分子 3.(1)平均速率 大(2)数密度多大 运动杂乱无章，速率不等，但大量分子的运动遵从统计规律， 【白主检测】 速率很大和速率很小的分子数目相对较少，向各个方向运动 1.(1)√(2)×(3)×(4)× 的分子数目相等，选项A、C错误，B正确：温度升高时，大量 2.平均速率小于 分子平均速率增大，但个别或少量（如10个）分子的平均速 课堂·深度探究 率有可能减小，选项D正确. 【情境导学】 2.ACD解扬由题图可知，具有最大比例的速率区间，温度越 答案分子的运动是杂乱无章的，向各个方向运动的都有 高分子热运动越激烈，100℃时对应的速率400~500ms, [例题门ABC解析因气体分子间的距离较大，分子力可以忽 0℃时对应的速率300~400m's,说明虚线为100℃分布图 略，分子除碰撞外不受其他作用，故可在空间内自由移动， 像，对应的平均速率较大，实线对应气体分子平均速率较小 选项A正确：分子间不断的碰撞使分子的运动杂乱无章， 的情形，选项A正确：由题图可知，实线为0℃的分布图像， 且向各方向运动的机会均等，选项B、C正确：分子的运动 虚线为100℃的分布图像，气体温度越高，图线的峰值越低， 杂乱无章，某时刻一气体分子的向左运动，下一时刻它的运 选项B错误：由题图可知，0℃时300~400ms速率分布最 动方向并不能确定，选项D错误， 多，100℃时400~500m/s速率分布最多，所以图线反映了 ·172·