第1章 2 实验 用油膜法估测油酸分子的大小 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

DIYIZHANG 第一章 2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 学习目标 1.掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法(重点)。 2.通过估测油酸分子的大小，学习利用宏观量的测量估算微观量的科学方法。 2 1.通过估测油酸分子的大小(直径)，加深对分子大小数量级的认识。 2.通过建立适当的物理模型，学习利用宏观量的测量来估算微观量的科学方法。 一、实验目的 利用油酸在水面上形成一层 的方法(图甲)估测分子大小。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，就在水面上形成一层_________ _____薄膜(图乙)。如果把分子看作小球，那么可以认为油膜的 等于油酸分子的大小(直径)。测出一滴油酸的 ，并算出这滴油酸在水面上形成的单分子油膜的 ，就可估算出油酸分子的大小。 二、实验原理 甲 乙 单分子油膜 单分子纯 油酸 厚度 体积 面积 量筒，注射器，浅盘， ，玻璃板，坐标纸，___________ ，细彩笔，水。 三、实验器材 油酸酒精溶液 痱子粉或滑 石粉 1.用注射器吸入一定体积(如1 mL)事先配制好的油酸酒精溶液，再均匀地滴到玻璃杯中，记下滴出的总滴数，即可算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。 2.在边长30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或滑石粉均匀地撒在水面上，用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待其散开。 3.当油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板轻放在浅盘上，用细彩笔仔细地把油酸薄膜边缘的形状画在玻璃板上。 四、实验步骤 4.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，用数格的方法估算出油膜的面积S。 5.根据油酸酒精溶液的浓度和已测出的一滴油酸酒精溶液的体积V0，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 6.用公式D＝ (D为油酸分子直径)，计算得到油酸分子的大小。 1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差。 2.实验前应注意检查浅盘是否干净，痱子粉(或滑石粉)应均匀撒在水面上。 3.向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。 4.待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。 5.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。 五、注意事项 　(2023·漳州市高二期末)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往浅盘里倒入一定深度的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上； ②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； ③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； ④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，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积； ⑤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。 完成下列问题： 例1 (1)上述步骤中，正确的顺序是____________。(填写步骤前面的序号) ④①②⑤③ 由实验要求可知，实验的步骤是先配溶液，然后再将痱子粉撒在水面上，将溶液滴入水中，描绘轮廓，计算面积，因此是④①②⑤③； (2)该实验中，使用到的研究方法是______。 A.等效替代法 B.理想模型法 C.微小量放大法 D.控制变量法 B 该实验采用的是借助物理模型间接测量的方法，认为分子为球形且一个挨一个排列，结合估测分子大小的原理，所以采用了理想模型法，故选B。 (3)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每104 mL溶液中 含有2 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种溶液的总体 积为1 mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在 玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边 长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。 ①一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为_________mL； 一滴溶液含有的油酸分子的体积 4×10－6　 ②油膜占有的面积约为______cm2； 通过数油膜在纸上的格数可知，共有60个格，则油膜占有的面积约为S＝60×1cm2＝60cm2 60 ③油酸分子直径的大小d＝__________ m。(结果保留一位有效数字) 7×10－10 (4)某学生在“用油膜法估测分子的大小”实验中，计算结果明显偏大，可能是由于________。 A.油酸未完全散开 B.计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格 C.计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格 D.在计算一滴溶液的体积时，少算了滴数 ACD 油酸未完全散开，则S测量值偏小，则直径测量值偏大，故A正确； 计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格，则S测量值偏大，则直径测量值偏小，故B错误； 计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格，则S测量值偏小，则直径测量值偏大，故C正确； 计算溶液体积时，少算了液滴数，则纯油酸体积将偏大，计算得到的分子直径也将偏大，故D正确。 课时对点练 1.(2022·遂宁市高二月考)在用油膜法估测分子大小的实验中，体积为V(m3)的某种油，形成直径为d(m)的圆形油膜，则油分子的直径近似为 √ 1 2 3 4 5 2.(2022·大连市高二期中)为了减小“用油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是 A.将油酸酒精溶液滴在水面上时，滴管距水面距离尽可能远些 B.先在浅盘内的水上均匀撒一些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液滴一 滴在水面上 C.用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状 D.计算油膜面积时，舍去所有不满一格的方格 √ 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 油酸酒精溶液滴在水面上时，应使滴管竖直、靠近水面，若离水面太高，可能无法形成油膜，故A错误； 在浅盘内的水上均匀撒一些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上，油酸推动痱子粉扩散，可以更清楚地看出轮廓，故B正确； 牙签拨弄油膜可能会形成间隙，同时会带走部分油酸，本实验要求只要是单分子层油膜即可，对油膜形状没有要求，故C错误； 计算时，不满半格的舍去，多于半格的算一格，故D错误。 3.(多选)在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，所用油酸酒精溶液的质量分数(即纯油酸质量与油酸酒精溶液质量之比)为η，质量为m的油酸酒精溶液有n滴，且纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常量为NA。现取一滴溶液滴入撒有爽身粉的浅水盘里，待稳定后，将玻璃板放在浅盘上描绘出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在边长为1 cm的坐标纸上，算出油膜的面积S。关于本实验，下列说法正确的是 D.计算油膜的面积可以通过在坐标纸上数油膜轮廓内格子数得到 √ √ √ 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 在坐标纸上数油膜轮廓内格子数时，大于或等于半格时算一格，小于半格的不计，用总格子数乘以1 cm2作为油膜的面积，选项D正确。 4.(2019·全国卷Ⅲ)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____________________。 1 2 3 4 5 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，得到一滴溶液中纯油酸的体积 单分子层油膜的面积 1 2 3 4 5 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溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积。油酸分子直径等于一滴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。 1 2 3 4 5 5.(1)在用油膜法估测分子大小的实验中，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，如图甲所示。坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm。由图甲可以估算出油膜的面积为____ cm2，由此估算出油酸分子的直径是_________ m(保留1位有效数字)。 256 8×10－10 1 2 3 4 5 通过数方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，由题图甲可知，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＝ ＝2×10－5 mL＝2×10－5 cm3 (2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.4×10－8 m的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为__________ m(结果保留1位有效数字)。 9×10－10　 圆周周长为2πR＝π×1.4×10－8 m 等于48个铁原子的直径之和，所以铁原子的直径为 1 2 3 4 5 (3)某同学做完“用油膜法估测分子大小”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.水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分散开 B.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 C.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 D.计算油膜面积时，只数了完整的方格数 E.求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL溶液的滴数多记了10滴 1 2 3 4 5 ABD 水面上撒的痱子粉太多，油酸膜不能充分展开，导致面积S测量值偏小，由d＝ 知，d偏大，A正确； 将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则V取值偏大，由d＝ 知d偏大，故B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，则V取值偏小，导致d偏小，故C错误； 1 2 3 4 5 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D正确； 求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL溶液的滴数多记了10滴，纯油酸的体积将偏小，导致d偏小，故E错误。 1 2 3 4 5 V＝×＝4×10－6 mL 故油酸分子直径的大小d＝＝ ≈7×10－10 m A.(m) B.(m) C.(m) D.(m) 油膜面积为S＝π()2(m2)，所以油分子的直径为D＝(m)，故A、B、C错误，D正确。 A.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 B.油酸分子直径为 C.一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子个数为NA 将油酸分子看作球体且一个紧挨一个地单层排列，忽略空隙，油酸分子直径为，选项B正确； 一滴油酸酒精溶液中纯油酸的摩尔数为，一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子个数为NA，选项C正确； 一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为，选项A错误； 油酸分子的直径为d＝＝ m≈8×10－10 m 2×× d＝ m≈9×10－10 m $$