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（人教版）

2　实验:用油膜法估测油酸分子的大小 第一章　分子动理论 课时作业 巩固提升 内容索引 基础实验要求 一、实验目的 1.掌握用油膜法估测油酸分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。 2.通过实验估测油酸分子的大小,体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。 二、实验思路 把1滴油酸酒精溶液滴在水面上,水面上会形成一层油膜,油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33—组成的。 把分子简化为球形处理,并认为它们紧密排布,测出油膜的厚度d,它就相当于分子的直径。粗略认为,油膜的厚度d等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比,如图所示。 三、实验器材 油酸、酒精、注射器、烧杯、浅盘、带有坐标方格的玻璃板、彩笔、爽身粉。 四、物理量的测量 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 (1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。 (2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液,由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积,再把它一滴一滴地滴入烧杯中,记下液滴的总滴数。 (3)用它们的总体积除以总滴数,得到1滴油酸酒精溶液的体积。 (4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V。 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。 (1)在浅盘里盛上水,将爽身粉均匀地撒在水面上。 (2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸立即在水中散开,形成一块有轮廓的油膜。 (3)待油膜形状稳定后,将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下薄膜的形状。 (4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格,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。 (5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。 五、数据处理 1.根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V。 2.计算油酸薄膜的厚度d=,即为油酸分子的大小。 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,造成较大的实验误差。 2.实验前应注意检查浅盘是否干净,爽身粉(或细石膏粉)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。 题型1　实验原理与操作 [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(不足半个的舍去,多于半个的算一个),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。 实验创新研析 C.用浅盘装入约2 cm深的水。 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　　　 　。  [解析]　在将油酸酒精溶液滴入水面之前,应在水面上均匀撒上一层爽身粉,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。 C步骤中,缺少在水面上均匀地撒上爽身粉 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烧杯中,记下液滴的总滴数 FECBAD 题型2　数据处理与分析 [例2]　某同学在实验室做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验,已知每104 mL油酸酒精溶液中有纯油酸6 mL。用注射器抽取上述溶液 1 mL,缓慢滴出,数出滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中,在刻有小方格的玻璃板上描出油膜的轮廓如图所示,小方格的边长为 20 mm。 (1)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　　mL。  (2)估测出油酸分子的直径是　　　　m(保留一位有效数字)。  (3)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,会使测量结果偏大的操作是　　　　。  A.撒的爽身粉过多 B.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 C.求每滴溶液体积时,1 mL溶液的滴数多数了10滴 D.将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 (4)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验,但都发生了操作错误。 甲在配制油酸酒精溶液时,不小心把酒精倒多了一点,导致油酸酒精溶液的实际体积分数比计算值小一些。 乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后,不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上,这个拿错的注射器的针管比原来的粗,每滴油酸酒精溶液的体积比原来的大。 丙在计算油膜面积时,把凡是半格左右的油膜都算成了一格,导致计算的面积比实际面积大一些。 请分析,这三位同学的操作错误会导致实验测得的油酸分子直径偏大还是偏小?说明理由。 [答案]　(1)1.2×10-5　(2)6×10-10　(3)ABD (4)见解析 [解析]　(1)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积是V=× mL =1.2×10-5 mL。 (2)由题图所示油膜轮廓可知,油膜轮廓所占小方格的格数约为54个,所以油膜面积是S=54×(20×10-3)2 m2=2.16×10-2 m2,油酸分子的直径约为d==×10-6 m≈6×10-10 m。 (3)撒的爽身粉过多,会造成油膜展开不充分,油膜的面积偏小,使得直径测量结果偏大,故A正确;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,会造成计算的油膜面积小,测量的直径偏大,故B正确;溶液的滴数多数了,会造成测得的一滴溶液中含纯油酸的体积偏小,最终测量的直径偏小,故C错误;将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积计算,会造成油酸分子直径的测量结果偏大,故D正确。 (4)甲同学的操作会导致测量结果偏大,实际配置的油酸酒精溶液体积分数偏小,导致一滴油酸酒精溶液内纯油酸体积的计算值偏大,因此,分子直径的计算结果偏大;乙同学的操作会导致测量结果偏小,乙同学滴在水面上的这滴油酸酒精溶液的体积比已计算好的每一滴的体积要大,形成的油膜面积偏大,因此,分子直径的计算结果偏小;丙同学的操作会导致测量结果偏小,丙同学把凡是半格左右的油膜都算成一格,导致计算的油膜面积比实际面积大,因此,分子直径的计算结果偏小。 [针对训练]　(2024·河北邯郸期中)某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)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.等效替代法 (2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是　　　　　。  A.可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓 B.有助于油酸的颜色更透明便于识别 C.有助于测量一滴油酸的体积 D.对油酸溶液起到稀释作用 (3)该小组进行下列实验操作,请将它们按操作先后顺序排列: 　　　　　。  (4)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滴这种油酸酒精溶液的总体积为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)。该油酸分子的大小d=　　　　m(结果保留两位有效数字)。  (5)某同学在该实验中,计算结果明显偏小,可能是由于　　　　　。  A.油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多 B.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 C.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数少记了10滴 D.油酸未完全散开 答案:(1)B　 (2)D　(3)CAEDB　 (4)6.6×10-10　 (5)A 解析:(1)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理想化模型法,故选B。 (2)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用,故选D。 (3)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为: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;往浅盘里倒入约2 cm深的水,水面稳定后将适量的爽身粉均匀撒在水面上,用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定后,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上,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。由此可知,实验操作顺序为CAEDB。 (4)一滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积为V=× mL=4×10-6 mL 正方形小格的面积为1 cm2,根据超过半格的算一格,不足半格的舍掉的原则,由题图可知,大约有61个小格,则油酸薄膜的面积为61 cm2,则油酸分子的直径为d== cm≈6.6×10-8 cm=6.6×10-10 m。 (5)油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多,导致油酸酒精溶液中油酸浓度增大,则代入计算的浓度偏小,一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积测量值偏小,则直径的测量值偏小,故A正确;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,则油酸面积测量值偏小,直径的测量值偏大,故B错误;求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数少记了10滴,则一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积测量值偏大,直径的测量值偏大,故C错误;油酸未完全散开,则油膜面积测量值偏小,直径的测量值偏大,故D错误。 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 1 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滴溶液中含有纯油酸10-2 mL B.往浅盘里倒入适量的水,再将爽身粉(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酸膜的形状 D.将画有油酸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 2 3 4 5 6 7 1 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,含有纯油酸的体积小于10-2 mL,选项A错误;往浅盘里倒入适量的水,再将爽身粉(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,应待油酸膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下油酸膜的形状,选项C错误;将画有油酸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.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,某小组发现测得的分子直径数据比其他组大2~3个数量级,可能的原因是(　　) A.计算油膜面积时,只计算了完整方格的数目 B.水面上爽身粉撒得过多,导致油膜没能充分展开 C.将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算 D.测量每滴油酸酒精溶液体积时,将31滴溶液错数成30滴 2 3 4 5 6 7 1 C 2 3 4 5 6 7 1 解析:在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,分子直径d=。计算油膜面积时,只计算了完整方格的数目,则测量值S偏小,分子直径偏大,但数据不可能大2~3个数量级,故A错误;水面上爽身粉撒得过多,导致油膜没能充分展开,则S测量值偏小,分子直径偏大,但数据不可能大2~3个数量级,故B错误;将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算,则油酸的体积V测量值偏大,分子直径偏大,由于油酸只占油酸酒精溶液的千分之几,数据可能大2~3个数量级,故C正确;测量每滴油酸酒精溶液的体积时,将31滴溶液错数成30滴,则每一滴油酸酒精溶液的体积偏大,油酸的体积V测量值偏大,分子直径偏大,但数据不可能大2~3个数量级,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,阿伏加德罗常数为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(　　) 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 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 D.计算油膜的面积可以通过在坐标纸上数油膜轮廓内的格子数得到 答案:BCD 2 3 4 5 6 7 1 解析:一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为,选项A错误;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;在坐标纸上数油膜轮廓内的格子数时,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.(1)利用单分子油膜法估测油酸分子的直径,需要测量的物理量是　　　　。  A.一滴油酸酒精溶液所含油酸的体积和它的密度 B.一滴油酸酒精溶液所含油酸的体积和它散成油膜的最大面积 C.一滴油酸酒精溶液所含油酸的质量和它的密度 D.一滴油酸酒精溶液所含油酸形成油膜的厚度和它的密度 2 3 4 5 6 7 1 (2)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 cm3油酸酒精溶液中有油酸0.5 cm3,用滴管向量筒内滴50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加1 cm3。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(结果均保留两位有效数字) 2 3 4 5 6 7 1 ①一滴这样的溶液中含有纯油酸的体积为　　　　 m3。  ②若油酸薄膜的面积约为2.32×10-2 m2,根据上述数据,估算油酸分子的直径为　　　　 m。  2 3 4 5 6 7 1 答案:(1)B　(2)①1.0×10-11　②4.3×10-10 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 解析:(1)根据实验原理知,油酸分子是紧密排列的,在水面上形成单分子油膜,用纯油酸的体积除以油膜面积得出的油膜厚度,即为油酸分子直径,所以需要测量的量有纯油酸的体积和纯油酸在水面上形成油膜的面积,故B正确,A、C、D错误。 (2)①每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 V=×10-6 m3=1.0×10-11 m3。 ②薄膜的面积约为2.32×10-2 m2;把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则分子的直径为d== m≈4.3×10-10 m。 5.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在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定; ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃,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 3 4 5 6 7 1 (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-4 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。  2 3 4 5 6 7 1 答案:(1)②在量筒中滴入N滴溶液,测出这N滴溶液的总体积;③在水面上先均匀撒上爽身粉　(2)1.2×10-10 2 3 4 5 6 7 1 解析:(1)②由于一滴溶液的体积太小,直接测量时相对误差太大,应用微小量累积法减小测量误差。 ③液面上不撒爽身粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油酸不能形成一块完整的油膜,油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至使实验失败。 (2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得d== m=1.2×10-10 m。 2 3 4 5 6 7 1 6.(2024·湖北孝感期中)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验的方法及步骤如下: ①向体积V油=0.5 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=1 000 mL; ②用注射器吸取①中配制好的酒精油酸溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=50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; ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液; 2 3 4 5 6 7 1 ⑤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薄膜的形状; ⑥将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓范围内小方格的个数N。 根据以上信息,回答下列问题。 2 3 4 5 6 7 1 (1)在步骤　　　　(填写步骤的标号)前缺少一个步骤,请补充完整:　 。  (2)如图所示,坐标纸中正方形方格的边长为1 cm,试求: ①油酸薄膜的面积是　　　　cm2(结果保留三位有效数字)。  ②按以上实验数据估测出油酸分子的直径是　 m  (结果保留两位有效数字)。 2 3 4 5 6 7 1 (3)用油膜法测出分子直径后,要测出阿伏加德罗常数,只需知道油酸的　　　　　。  A.摩尔质量　　　　　　　 B.体积 C.摩尔体积 D.密度 2 3 4 5 6 7 1 答案:(1)④　将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上　(2)①135　 ②7.4×10-10　(3)C 2 3 4 5 6 7 1 解析:(1)在步骤④前,应将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。 (2)①油酸薄膜的体积为V=·,计算油膜面积时,超过半格取整格,不到半格舍去,由题图可知油酸薄膜的面积约135 cm2。 ②油酸分子的直径为d=,代入数据得d≈7.4×10-10 m。 (3)根据NA=可知,要测出阿伏加德罗常数,只需知道油酸的摩尔体积,故选C。 2 3 4 5 6 7 1 7. 在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,有下列实验步骤: ①往浅盘里倒入适量的水,待水面稳定后将适量的爽身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根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格,计算出油膜的面积,从而估算出油酸分子直径的大小。 ④将6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL的油酸酒精溶液,用注射器将溶液一滴一滴的滴入烧杯中,每滴入80滴,注射器上的刻度减少1 mL。 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。 2 3 4 5 6 7 1 (1)上述步骤中,正确的顺序是　　　　　。  (2)每一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积为　　　　　 m3。油膜边缘轮廓如图所示(已知图中正方形小方格的边长为1 cm),则可估算出油酸分子的直径约为　　　　　 m(此空保留一位有效数字)。  2 3 4 5 6 7 1 (3)完成本实验有三点理想化假设:(请将第②条补充完整) ①将油酸分子视为球形; ②　 ;  ③油酸分子紧密排列无间隙。 2 3 4 5 6 7 1 答案:(1)④①②⑤③　(2)7.5×10-12　7×10-10 (3)②将油膜看成单分子层 2 3 4 5 6 7 1 解析:(1)用“油膜法估测油酸分子的大小”的实验的步骤为:配制溶液(④)→倒水撒粉(①)→滴溶液(②)→盖板,画轮廓(⑤)→计算分子直径(③)。故正确顺序为④①②⑤③。 (2)一滴油酸酒精溶液的体积V0= mL,一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V1=× mL=7.5×10-6 mL=7.5×10-12 m3,由题图知超过半格的正方形个数约为114个,故油膜的面积S=114×1×1 cm2=114 cm2,油酸分子的直径d== m≈7×10-10 m。 2 3 4 5 6 7 1 (3)本实验中做了三点理想化假设:①将油酸分子视为球形;②将油膜看成单分子层;③油酸分子紧密排列无间隙。 2 3 4 5 6 7 1 $$