第1章 第2节 科学测量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（鲁科版）

第2节　科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小 第1章　分子动理论与气体实验定律   [学习目标]　通过油膜法估测油酸分子的大小,让学生经历“实验设计、现象分析、仪器使用”,体会估测法的巧妙。 内容索引 巩固演练 举一反三 基础实验要求 一、实验原理 把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上,油酸在水面上形成油酸薄膜,将其认为是单分子层,且把分子看成球形。油膜的厚度就是油酸分子的直径d,测出油膜面积S,则油酸分子直径 d=。 二、实验器材 配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅水盘、清水、爽身粉(或细石膏粉)、注射器、量筒、玻璃板、彩笔、坐标纸。 三、实验步骤 1.用注射器取出按一定比例配制好的油酸酒精溶液,缓缓推动活塞,把溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积V1时的滴数n,算出一滴油酸酒精溶液的体积V'=。再根据油酸酒精溶液中油酸的浓度η,算出一滴油酸酒精溶液中的纯油酸体积V=V'η。 2.在水平放置的浅水盘中倒入约2 cm深的水,然后将爽身粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上,再用注射器将配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上。 3.待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板平放到浅水盘上,然后用彩笔将油酸膜的形状描在玻璃板上。 4.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油膜的面积S(以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位,计算轮廓范围内的正方形个数,不足半格的舍去,多于半格的算一格)。 5.根据测出的一滴油酸酒精溶液里纯油酸的体积V和油酸薄膜的面积S,求出油膜的厚度d,则d可看作油酸分子的直径,即d=。 四、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,造成较大的实验误差。 2.实验前应注意检查浅水盘是否干净,否则难以形成油膜。 3.浅水盘中的水应保持平稳,爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。 4.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。 5.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。 [例]　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1 000 mL溶液中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。 实验创新研析 (1)油酸薄膜的面积是　　　　m2。  (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　 　　m3。  (3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　 m。(结果保留两位有效数字)  (4)某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于　　　　。  A.油酸未完全散开 B.油酸酒精溶液中含有大量酒精 C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴 4.0×10-3 2.5×10-12 6.3×10-10 D [解析]　(1)由于每个小方格边长为1 cm,则每一个小方格的面积就是1 cm2,数出在油膜轮廓范围内的格子数(超过半格的以一格计算,小于半格的舍去)为40个,则油酸薄膜的面积S=40 cm2=4.0×10-3 m2。 (2)由题意知,80滴油酸酒精溶液的体积为1 mL,且油酸酒精溶液的体积分数为0.02%,故每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V0=×0.02%=×0.02%×10-6m3=2.5×10-12 m3。 (3)油酸分子直径d== m≈6.3×10-10 m。 (4)计算油酸分子直径的公式是d=,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。若水面上痱子粉撒得较多,油酸未完全散开,即油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致计算结果偏大,A错误;大量的酒精更易使油酸分子形成单分子层薄膜,会使测量结果更精确,B错误;若计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,计算结果将偏大,C错误;若在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴,则计算所得的V偏小,故d偏小,D正确。 [针对训练]　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: 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,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,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画在玻璃板上 C.用浅盘装入约2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上 D.取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合均匀配制成一定浓度的油酸酒精溶液 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 F.用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时的滴数 G.由得到油酸分子的直径d 上述实验步骤的合理顺序是　　　　　　　　。(填写字母编号)  (2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是 　 。  (3)若所用油酸酒精溶液的浓度约为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为75滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,描出的油酸膜的轮廓形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1 cm,由此可估测油酸分子的直径是　　　　m。(保留一位有效数字)  答案:(1)DFECBAG　(2)理想模型法 (3)6×10-10 解析:(1)实验步骤为:将配制好的油酸酒精溶液,通过量筒测出1滴此溶液的体积。然后将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半格舍去,多于半格的算一格的原则,统计出油酸薄膜的面积。则用1滴此溶液中纯油酸的体积除以1滴此溶液形成的油酸薄膜的面积,恰好就是油酸分子的直径。故实验步骤的合理顺序为DFECBAG。 (2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是理想模型法。 (3)由题图可知,油膜所占方格数为130个,则油膜的面积: S=130×1×1 cm2=130 cm2; 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积:V=× mL=8×10-6 mL 油酸分子的直径:d==≈6×10-8 cm=6×10-10 m。 2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中。 (1)某同学操作步骤如下: ①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液; ②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积; ③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定; ④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。 改正其中的错误:_________________________。  (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为2.4×10-3 mL,其形成的油膜面积为40 cm2,则估测出油酸分子的直径为　　　　 m。  答案:(1)②在量筒中滴入n滴溶液,测出其体积;③在水面上先撒上痱子粉(或细石膏粉)再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定　(2)6×10-10 解析:(1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体积误差太大,应先用累积法测出n滴该溶液体积,再求出一滴的体积;③油酸在水面上形成的油膜形状不易观察,可在水面上先撒上痱子粉(或细石膏粉),再滴油酸酒精溶液,稳定后就呈现出清晰轮廓。 (2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=2.4×10-3×0.10%×10-6 m3=2.4×10-12 m3,故油酸分子的直径d== m=6×10-10 m。 巩固演练 举一反三 22 1.(多选)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,下列做法正确的是 (　　) A.用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL,则1滴溶液中含有油酸10-2 mL B.往浅盘里倒入适量的水,再将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上 C.用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,并立即在玻璃板上描下油膜的形状 D.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形的个数,并求得油膜的面积 BD 解析:用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,若100滴溶液的体积是1 mL,则1滴油酸酒精溶液的体积是10-2 mL,含有油酸的体积小于10-2 mL,选项A错误;往浅盘里倒入适量的水,再将痱子粉 (或细石膏粉)均匀地撒在水面上,选项B正确;用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,同时将玻璃板放在浅盘上,待油酸在水面上散开稳定后,在玻璃板上描下油膜的形状,选项C错误;将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形的个数,并求得油膜的面积,选项D正确。 2.某种油剂的密度为8×102 kg/m3,取这种油剂0.8 g滴在水面上,最后形成油膜的最大面积约为(　　) A.10-10 m2　　　　　　　　 B.104 m2 C.1010 cm2 D.104 cm2 解析:由d=,得S=== m2=104 m2,故B正确。 B 3.某实验小组在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,所用的油酸酒精溶液的体积分数为0.1%,1 mL上述溶液有50滴,实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向浮有痱子粉的水面中央滴入一滴。 (1)该实验中的理想化假设是　　　　。  A.将油膜看作单分子层薄膜 B.不考虑油酸分子间的间隙 C.不考虑油酸分子间的相互作用力 D.将油酸分子看成球形 (2)实验中描出油酸薄膜轮廓如图所示,已知每一个正方形小方格的边长为2 cm,则该油酸薄膜的面积为　　　　 m2。(结果保留一位有效数字)    (3)经计算,油酸分子的直径为　　　　 m。(结果保留一位有效数字) 答案:(1)ABD　(2)3×10-2　(3)7×10-10 解析:(1)用油膜法测量分子的直径,不考虑分子间的间隙,将油膜看成单分子层薄膜,将油酸分子看成球形,故选A、B、D。 (2)由于每个小方格的边长为2 cm,则每一个小方格的面积就是4 cm2,估算油膜面积时超过半格的按一格计算,小于半格的舍去,由题图所示,可估算出油酸薄膜占75格,则油酸薄膜面积S=75×4 cm2=300 cm2=3×10-2 m2。 (3)1滴油酸酒精溶液中含油酸的体积 V=×0.1% mL=2×10-5 mL=2×10-11 m3 则油酸分子的直径 d== m≈7×10-10 m。 $$