第1章 2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（教科版）

2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 第一章　分子动理论 内容索引 课堂检测 素养达标 基础实验要求 一、实验目的 1.估测油酸分子的大小。 2.学会间接测量微观量的原理和方法。 二、实验原理 利用油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法(图甲)估测分子大小。 1.当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸就会在水面上散开,其中的酒精溶于水中,并很快挥发,这样就在水面上形成一层单分子纯油酸薄膜(图乙)。 2.如果把分子看作小球,那么可以认为油膜的厚度等于油酸分子的大小(直径)。 3.测出一滴油酸的体积,并算出这滴油酸在水面上形成的单分子油膜的面积,就可估算出油酸分子的大小。 三、实验器材 量筒,注射器,浅盘,油酸酒精溶液,玻璃板,坐标纸,痱子粉或滑石粉,细彩笔,水。 四、实验步骤 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。 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。 五、数据分析 1.一滴油酸酒精溶液的平均体积 V0=。 2.一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V=V0×油酸酒精溶液的浓度(浓度=)。 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)。 六、注意事项 1.油酸酒精溶液配制好后,不要长时间放置,以免浓度改变,产生误差。 2.待测油酸液面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因:第一,水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复;第二,酒精挥发后液面收缩。 3.当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸,可用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦拭,再用清水冲洗,这样做可保持盘的清洁。 题型1　实验原理与操作 [典例1]　“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的简要步骤如下: A.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(不足半个格的舍去,多于半个格的算一个格),再根据方格的边长求出油膜的面积S。 B.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,用彩笔将薄膜的轮廓描绘在玻璃板上。 C.用浅盘装入约2 cm深的水。 实验创新研析 D.用公式d=,求出薄膜的厚度,即油酸分子的直径。 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。 上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整之处,请指出: (1)　 。  (2)__________________________________________________________ ____________________________________________________。  上述实验步骤的合理顺序是　　　 　。  C步骤中,缺少在水面上撒痱子粉 遗漏的步骤:F.用注射器吸取一定体积的油酸酒精溶液,再把它一滴一滴地滴入玻璃杯中,记下液滴的总滴数 CFBAED或FCBAED [解析]　在将溶液滴入水面之前,应在水面上均匀撒上一层痱子粉,这样可以清楚地看出油膜的轮廓;在实验过程中,还必须量出一滴油酸酒精溶液的体积。 题型2　数据处理与分析 [典例2]　“用油膜法估测分子的大小”的实验方法及步骤如下: ①向体积V油=1 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=500 mL; ②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL; ③先往边长为30~40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上; ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状; ⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长a=20 mm。 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V'为　　 　　 mL;油酸薄膜的面积S约为　　 　 　mm2;由此可知,油酸分子的直径D约为　　　　______________(结果均保留两位有效数字)。  (2)某同学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.粉末太薄使油酸边界不清,导致油膜面积测量值偏大 B.粉末太厚导致油酸未完全散开 C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D.计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL的溶液滴数多数了几滴 2.0×10-5 4.5×104 4.4×10-10 m BC [解析]　(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V'=× mL=2.0×10-5 mL=2.0×10-11 m3 数出轮廓范围内小方格的个数N=112,油酸薄膜的面积 S=112×(20)2 mm2≈4.5×104 mm2=4.5×10-2 m2 油酸分子的直径D=≈4.4×10-10 m。 (2)粉末太薄使油酸边界不清,导致油膜面积测量值偏大,根据D=可得直径结果偏小,故A项错误;粉末太厚使油酸未完全散开,导致油膜面积测量值偏小,根据D=可得直径结果偏大,故B项正确;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,导致油膜面积测量值偏小,根据D=可得直径结果偏大,故C项正确;计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL的溶液滴数多数了几滴,导致1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积测量值偏小,根据D=可得直径结果偏小,故D项错误。 课堂检测 素养达标 1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,用“数格”的方法是为了估算(　　) A.一滴油酸的体积 B.单分子油膜的面积 C.一个油酸分子的体积 D.一个油酸分子的面积 B 解析:用“数格”的方法是为了估算一滴油酸酒精溶液中的油酸形成的单分子油膜的面积,B项正确。 2.(2024·大连高二期中)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 B 解析: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.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中, (1)以下几个主要的操作步骤相应要获得的实验数据是: ①配制油酸酒精溶液时,必须记录并算出　　　　。  ②用滴管取配制好的油酸酒精溶液,然后逐滴滴入量筒中,……,这一步是为了测出 　 。  ③用滴管将配制好的油酸酒精溶液在水面上滴入1滴,待水面上形成的油膜形状稳定后,……这一步是为了测出　　　　。  (2)将1 cm3的油酸溶于酒精,制成300 cm3的油酸酒精溶液;测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直径为　 　 m(结果保留一位有效数字)。  答案:(1)①油酸酒精溶液的浓度　②一滴油酸酒精溶液的体积　③一滴油酸酒精溶液中的油酸形成的单分子油膜的面积　(2)5×10-10 解析:(1)①配制油酸酒精溶液时,必须记录并算出油酸酒精溶液的浓度。②用滴管取配制好的油酸酒精溶液,然后逐滴滴入量筒中,……这一步是为了测出一滴油酸酒精溶液的体积。③用滴管将配制好的油酸酒精溶液在水面上滴入1滴,待水面上形成的油膜形状稳定后,……这一步是为了测出一滴油酸酒精溶液中的油酸形成的单分子油膜的面积。 (2)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为 V=× m3 S=0.13 m2,故油酸分子的直径 D=≈5×10-10 m。 4.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中: (1)如图所示的四个图反映了实验中的四个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是　　　　。  (2)用油膜法测出油酸分子的直径后,要测定阿伏伽德罗常量,还需要知道油滴的　　　　。  A.摩尔质量　　　　　　　　 B.摩尔体积 C.质量 D.体积 (3)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较,数据偏大,对出现这种结果的原因,下列说法中可能正确的是　　　　。  A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 B.计算油酸膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理 C.计算油酸膜面积时,只数了完整的方格数 D.水面上痱子粉撒得较多,油酸膜没有充分展开 (4)某同学在做实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.1 mL,用注射器测得1 mL上述溶液有50滴,把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的近似轮廓如图所示,图中小方格的边长为1 cm,求(计算结果均保留两位有效数字): ①油酸膜的面积是　　　　 m2;  ②根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　 m。  答案:(1)dacb　(2)B　(3)ACD　(4)①4.0×10-3 ②5.0×10-10 解析:(1)“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中:第一步,配置油酸酒精溶液;第二步,将N滴油酸酒精溶液滴入量筒中测出体积,根据配制比例算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V;第三步,准备浅水盘,将痱子粉均匀地撒在水面上;第四步,将一滴油酸酒精溶液滴在有痱子粉的浅水盘里,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绘在玻璃板上;第五步,将画有薄膜形状的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓中的方格数(不足半格舍去,多于半格的算一格),再根据方格的边长算出油膜的面积S;第六步,根据D=可算出油膜的厚度,即为分子直径。所以正确的操作步骤为dacb。 (2)阿伏伽德罗常量NA=,油膜法可测得油酸分子的直径D,可计算得到单个油酸分子的体积V0,所以还需要知道1 mol油酸分子的体积,即摩尔体积Vmol,B正确。 (3)根据油膜厚度计算公式D=,若计算结果偏大,则油酸体积V偏大,或者薄膜面积S偏小。将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,造成V偏大,进而造成计算结果偏大,A正确;所有不完整的方格当一格计算,造成S偏大,进而造成计算结果偏小,B错误;只计算了完整格,造成S偏小,进而造成计算结果偏大,C正确;油膜没有散开,造成S偏小,进而造成计算结果偏大,D正确。 (4)①数出题图中方格数(不足半格舍去,大于半格算一格),则n=40格,每个小格的面积为S0=1.0×10-4 m2,计算得到油酸薄膜面积S=nS0=4.0×10-3 m2;②根据配制比计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=×=2.0×10-12 m3,油酸分子的直径D==5.0×10-10 m。 $$