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

2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小

[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＝

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＝。

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＝，油膜面积为S，则油酸分子直径d＝。

(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。