第1章 2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第一章　分子动理论 2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 谢谢观看 栏目导航 第一章　分子动理论 1 [学业要求] 1．知道油膜法估测油酸分子直径的原理、思想和方法。 2．知道分子球形模型和分子直径的数量级。 一、实验思路 1．本实验认为水面上的油膜的结构是什么样的？ 答案：单分子油膜。 2．估算油酸分子的大小时做出了怎样的简化？油膜的厚度与分子大小有什么关系？ 答案：把油酸分子看作球形。 3．如何使油酸充分展开，获得一块单分子油膜？ 答案：将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。 4．结合简化的模型，设一滴油酸的体积为V和水面上油膜面积为S，那么这种油酸分子的直径D是多少？ 答案：D＝eq \f(V,S) 二、物理量的测量 1．实验时，能不能直接将1滴纯油酸滴入水中？ 答案：不行。一滴纯油酸若铺展成单分子油膜，其面积甚至超过实验室面积，所以当一滴纯油酸滴入装有水的容器中时，油酸分子在竖直方向上发生重叠，不能形成单分子油膜。 2．如何获得很小的一滴油酸？怎样测量它的体积V? 答案：配制一定浓度的油酸酒精溶液，量出总体积，再计算出1滴溶液的体积。 3．如何测量油膜面积？油酸是透明的，滴入水中后怎样看清油酸的轮廓？油膜的形状是不规则的，怎样计算其面积？ 答案：向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；小心地将一滴油酸溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜；轻轻地将一块玻璃盖板放到浅盘上，用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上；将玻璃板放在坐标纸上，数出油膜轮廓所包含的方格数。不足半格的舍去，多于半格的算1格。 三、实验器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、爽身粉。 四、进行实验 1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将爽身粉均匀撒在水面上。 2．取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液。 3．用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数N，算出1滴油酸酒精溶液的体积V′。 4．将1滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 5．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状。 6．将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1 cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 五、数据分析 根据测出的1滴油酸酒精溶液里油酸的体积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＝eq \f(V,S)。 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，浅盘是否干净，否则难以形成油膜。 3．浅盘中的水应保持平衡，爽身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．待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。 探究点一　用油膜法估算油酸分子直径的实验基础 　下列选项中不是油膜法粗略测定油酸分子直径的实验基础的是(　　) A．把油酸分子视为球形，其直径即为油膜的厚度 B．让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜 C．油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积 D．油酸分子直径的数量级是10－15 m [解析]　油酸分子可视为球形，油膜的厚度可看成分子直径，油酸分子可看成一个挨一个排列，油滴扩展为油膜时体积不变，即V＝Sd，这些都是用油膜法估算分子直径的实验基础，油酸分子直径的数量级是10－10 m，D错。 [答案]　D 探究点二　用油膜法估测油酸分子大小的实验探究 　物体是由大量分子组成的，分子非常微小，在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，油酸分子会形成厚度为一个分子厚度的表面膜，将微观量的测量转化为宏观量的测量。 (1)实验中，如果油酸酒精溶液体积浓度为b，N滴油酸酒精溶液的总体积为V，如果1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积为S，则油酸分子直径d＝________。 (2)实验中，把玻璃板盖在浅盘上描出1滴油酸酒精溶液滴入水中形成的油酸膜的轮廓，如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积是______cm2。 (3)(多选)物理实验中对一些微小量进行直接测量误差较大，往往通过累积的方法将微小量转换成较大的量再进行测量，以减小相对误差。本实验在测量1滴油酸酒精溶液的体积时采用了累积的方法，下列实验中也采用了该方法的有________。 A．“用单摆测定重力加速度”实验中，测量摆球完成30次或50次全振动所用的时间 B．“验证动量守恒定律”实验中，测量小球平抛的水平距离来获得小球碰撞前后的动量关系 C．“用双缝干涉测光的波长”实验中，采用测量N个条纹的间距来获得条纹间距 D．“测定金属的电阻率”实验中，采用螺旋测微器在金属丝上三个不同位置各测一次取平均值作为金属丝直径 [解析]　(1)1滴油酸酒精溶液中，纯油酸体积为V0＝eq \f(Vb,N)，油膜面积为S，则油酸分子直径d＝eq \f(Vb,NS)。 (2)面积超过正方形小方格一半的正方形小方格的个数为60个，则油膜的面积S ＝60×1 cm×1 cm＝60 cm2。 (3)“用单摆测定重力加速度”实验中，测量摆球完成30次或50次全振动所用的时间，属于通过累积的方法将微小量转换成较大的量再进行测量，以减小所测时间的误差，A正确；“验证动量守恒定律”实验中，测 量小球平抛的水平距离来获得小球碰撞前后的动量关系，通过时间相等，即可获得水平距离与速度的关系，B错误；“用双缝干涉测光的波长”实验中，采用测量N个条纹间的间距来获得相邻两个亮条纹或暗条纹的间距，属于通过累积的方法将微小量转换成较大的量再进行测量，以减小测量误差，C正确；“测定金属的电阻率”实验中，采用螺旋测微器在金属丝上三个不同位置各测一次，取平均值作为金属丝直径，不属于通过累积的方法将微小量转换成较大的量，D错误。 [答案]　(1)eq \f(Vb,NS)　(2)60　(3)AC ●核心素养·思维升华 1．纯油酸体积V的计算 若油酸酒精溶液的浓度为η，n滴该溶液的体积为V1，则一滴该溶液中的油酸体积V＝eq \f(V1,n)η。 2．油膜面积S的计算 用数格子法(不足半个的舍去，多于半个的算一个)求出油膜面积。 1．(多选)用油膜法估测油酸分子的大小的理想条件是(　　) A．将油酸分子看成球体 B．考虑各油酸分子间的间隙 C．认为油酸分子是紧密排列的 D．将油膜看成单分子油膜 答案　ACD 2．为了减小“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是(　　) A．用注射器取1 mL配制好的油酸酒精溶液，共可滴N滴，则每滴中含有油酸eq \f(1,N) mL B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些 C．先在浅盘中撒些爽身粉，再用注射器在水面上多滴几滴油酸酒精溶液 D．实验时先将1滴油酸酒精溶液滴入水中，再把痱子粉撒在水面上 解析　eq \f(1,N) mL是1滴油酸酒精溶液的体积，乘以其中油酸的浓度才是油酸的体积，A错误；B项的做法是正确的；多滴几滴能够使测量形成油膜的油酸体积更精确些，但多滴以后会使油膜面积增大，可能使油膜这个不规则形状的一部分与浅盘的壁相接触，这样油膜就不是单分子油膜了，故C错误；为了使油酸分子紧密排列，实验时先将爽身粉均匀撒在水面上，再把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，D错误。 答案　B 3．(多选)某同学在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是因为(　　) A．油酸未完全散开 B．原油酸酒精溶液中含有大量的酒精 C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D．求每滴溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴 答案　AC 4．(多选)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，若已知油滴的摩尔质量为M(单位为kg/mol)，密度为ρ(单位为kg/m3)，油滴质量为m(单位为kg)，油滴在水面上扩散后的最大面积为S(单位为m2)，阿伏加德罗常数为NA(单位为mol－1)，那么(　　) A．油滴分子直径d＝eq \f(M,ρS) B．油滴分子直径d＝eq \f(m,ρS) C．油滴所含分子数N＝eq \f(M,m)NA D．油滴所含分子数N＝eq \f(m,M)NA 解析　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，认为油膜的厚度为分子直径，油滴的质量为m，密度为ρ，油滴在水面上扩散后的最大面积为S，则油滴的体积为V＝eq \f(m,ρ)，油滴分子直径为d＝eq \f(m,ρS)，选项B正确，A错误；油滴的物质的量为eq \f(m,M)，油滴所含分子数为N＝eq \f(m,M)NA，选项D正确，C错误。 答案　BD 5．(多选)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的科学依据是(　　) A．将油酸形成的膜看成单分子油膜 B．不考虑各油酸分子间的间隙 C．考虑了各油酸分子间的间隙 D．将油酸分子看成球形 解析　实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算，所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜，不考虑油酸分子间的间隙，并把油酸分子看成球形。所以A、B、D正确，C错误。 答案　ABD 6．一艘油轮装载着密度为9×102 kg/m3的原油在海上航行，由于故障而发生原油泄漏。如果泄漏的原油有9 t，海面上风平浪静时，这些原油造成的污染面积最大可达到(　　) A．108 m2 B．109 m2 C．1010 m2 D．1011 m2 解析　泄漏的原油的体积为V＝eq \f(m,ρ)＝10 m3，而油分子直径的数量级为10－10 m，所以这些原油造成的污染总面积最大为S＝eq \f(V,d)＝1011 m2，故D正确。 答案　D 7．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＝eq \f(V,S)，得S＝eq \f(V,d)＝eq \f(m,ρd)＝eq \f(8×10－4,8×102×10－10) m2＝104 m2。 答案　B 8．在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，将1滴油酸酒精溶液滴入事先撒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸上正方形小方格的边长为10 mm，该油膜的面积是________m2。已知油酸酒精溶液中油酸浓度为0.2%,400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积为1.2 mL，则油酸分子的直径为________m。(结果均保留2位有效数字) 解析　由题图可以数出油膜轮廓大约包围80个方格，则油膜面积S＝80×0.01×0.01 m2＝8.0×10－3 m2； 一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V＝eq \f(0.2,100)×eq \f(1.2,400)mL＝6×10－12 m3， 故油酸分子直径d＝eq \f(V,S)＝eq \f(6×10－12,8×10－3) m＝7.5×10－10 m。 答案　8.0×10－3　7.5×10－10 $$