1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3 mm 左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍！ 那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢？下面我们通过一个实验来估测分子的大小。 ① 建构理想模型：把滴在水面上的油酸层当作单层分子油膜C17H33 ② 理想化：把分子看成球形，油分子一个个紧挨着整齐排列，认为油膜的厚度就是分子的直径。 ③估算： 注：实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。 实验思路 物理量的测量 1.测量1滴溶液纯油酸的体积V： 例如：向1mL油酸中加入酒精，直至总体积为500mL，油酸占油酸酒精溶液体积比为2‰. 用注射器吸取1mL的油酸酒精溶液，将溶液一滴一滴滴入烧杯，记下液滴数为N。 1滴油酸酒精溶液体积为 1滴溶液中纯油酸体积为 水面上形成油膜 2.测量油膜面积S 描绘出油膜轮廓后，数出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。油膜面积等于正方形面积乘以正方形个数。 算作一个正方形 舍去 实验次数 1 2 3 量筒内增加1 mL溶液时的滴数       一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V       轮廓内的小格子数       轮廓面积S       分子的直径/m       分子直径的平均值/m       实验记录的数据 数据分析 用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 和该油膜的面积S 算出油膜厚度，即油酸分子的直径 。 大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10-10 m。 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，否则难以形成油膜。 3. 浅盘中的水应保持平稳，痱子粉(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。 误差分析 1. 配制一定浓度的油酸酒精溶液时产生误差。 2. 量取一滴油酸酒精溶液的实际体积时产生误差。 3. 油酸在水面上的实际分布的均匀情况存在误差。 4. 采用“不足半个舍去、多于半个算一个”的互补法计算油膜面积存在误差。 【例1】 在做用油膜法估测分子直径的大小的实验中: (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酒精混合均匀，配制成一定浓度的确定体积的油酸酒精溶液。 E. 根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精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，记下量筒内油酸酒精溶液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　　　　　。  水面上形成油膜 (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　　　　　　　。 答案:(1) DFECBAG　(2) 理想模型法  【例2】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，图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字) (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。  (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 答案: (1)4.0×10-3 (2) 2.5×10-12 (3) 6.3×10-10 (4)D 【例3】测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。 (1)在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取该溶液，向小量筒中滴入100滴，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度。再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲。坐标中每个小正方形方格的大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是　　　 cm2，由此估算出油酸分子的直径是　　　　 m(保留一位有效数字)。  (2)图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为　　　　m(保留两位有效数字)。  答案: (1) 256　8×10-10 (2) 9.4×10-10 1.在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，将体积百分比浓度为A的n滴油酸酒精溶液滴在量筒中，测得体积为V。再将其中的一滴溶液滴在水面上，形成一层单分子油酸薄膜，薄膜面积为S，则油酸分子大小为(　) 随堂训练 答案:B 水面上形成油膜 2.在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，下列说法正确的是(　　) A. 该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的单层分子膜 B. 中的V是一滴油酸酒精溶液的体积 C. 若油酸酒精溶液浓度太高，会使油酸分子直径的测量值偏小 D. 测量油膜面积时，必须让油膜形成规则的几何形状 答案:A 水面上形成油膜 3.某同学做用油膜法估测分子的大小的实验。 (1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S。已知500mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1mL，则油酸分子直径大小的 表达式为d=　　　　　。  (2)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d 明显偏大。出现这种情况的原因可能是　　　　。  A. 将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 B. 油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化，但该同学并未发觉,仍按 未挥发时的浓度计算(油酸仍能充分散开) C. 水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分散开 D. 计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理 水面上形成油膜 4.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤简化为如下四幅图: (1)上述实验步骤的合理顺序是　　　　(填图片对应字母)  (2)d图中步骤为：向1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到800 mL，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，当滴入100滴时，测得其体积恰好是1 mL，则1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是　　　　 m3。(结果保留两位小数)  (3)该实验体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有　　　　。  A. 把油酸分子视为球形 B. 油酸在水面上充分散开形成单分子油膜 C. 油酸分子是紧挨着的没有空隙 D. 油酸不溶于水 (4)b图步骤中将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图(正方形小方格的边长为2 cm)，则油酸分子直径是　　　 m。(结果保留两位有效数字)  答案: (1) dacb (2) 1.25×10-11 (3) ABC (4) 5.1×10-10 (4.9×10-10~5.3×10-10均可) Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.33 A. B. C. D. 答案:(1)　(2)AC $$