第02讲 实验：用油膜法估测油酸分子大小（考点练习）-【教学无忧】2024-2025学年高二物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）

第02讲 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 目录 知识点1 用油膜法估测油酸分子的大小 1 考向1:用油膜法测量分子直径的原理和实验方法 3 考向2:用油膜法测量分子直径的实验步骤和数据处理 4 考向3:用油膜法测量分子直径的误差 5 知识点1 用油膜法估测油酸分子的大小 1、实验原理 (1)理想化处理： ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 ②油分子一个个紧挨着整齐排列，且把分子看成球形 (2)计算原理：将一体积为v的油滴滴在水平面上，当他伸展成单分子油膜，如果把这一摊油膜当成一个很矮的柱体，那体积是v面积是s 再把柱体的高设为d，利用体积公式就得到v=sd，因为这个d也是油膜分子的直径，所以咱要求的分子直径计算公式就能用 2、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、爽身粉或细石膏粉。 3、实验步骤 （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）用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。 （3）将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 （4）待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔(或钢笔)画出油酸薄膜的形状。 （5）将玻璃放在坐标纸上，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，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。 （6）根据已配好的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。 （7）计算油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子直径的大小。 4.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)待测油膜扩散后又会收缩，要在油膜的形状稳定后再描轮廓。 5、数据分析 （1）测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ①稀释油酸 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。 ②配制一定浓度的油酸酒精溶液 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。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，再计算其所含纯油酸的体积V。 例如：把1mL的油酸用酒精稀释成200ml溶液 那稀释后1mL溶液中油酸的含量：ml 再假设1mL溶液可以分成50滴，那每一滴的体积就是=0.02mL 而其中的1滴纯油酸含量就是=0.0001mL （2）测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ①撒爽身粉 ②滴1滴油酸酒精溶液 ③放上玻璃板，等液面稳定 ④画出轮廓 ⑤放坐标纸，数格子 假设每个格子边长是a，如果数得n个格子：s=na2 （3）分子直径d＝(代入数据时注意统一单位)。 分子的大小：除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m。 6、误差分析 (1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。 (2)利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的读数方法而产生误差。 (3)油滴的体积过大，同时水面面积过小，不能形成单分子油膜。 (4)描绘油膜形状的画线误差。 (5)利用小正方形数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。 (6)不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差。 考向1:用油膜法测量分子直径的原理和实验方法 【典例1】在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀地撒上痱子粉，将一滴上述油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，如图所示。测得油膜占有的正方形小格个数为X。 ①用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为__________。 ②油酸分子直径约为_________。 （2）用“油膜法”来估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有：_______（填正确答案编号） A．油酸分子看成球形 B．油膜视为单分子油膜 C．忽略酒精体积 D．分子之间没有空隙 考向2:用油膜法测量分子直径的实验步骤和数据处理 【典例2】在做“用油膜法:估测分子的大小”实验时，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL。用注射器测得58滴这样的溶液为1mL。把1滴这样的溶液滴入的浅盘里，等油膜稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为1cm。 (1)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少? (2)油酸膜的面积是多少? (3)按以上数据，估算油酸分子的大小。 考向3:用油膜法测量分子直径的误差 【典例3】在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。 (1)如图反映实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 （用符号表示）； (2)关于本实验，下列选项正确的是________； A．将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙 B．为了使得油膜边界更清晰，需要在油膜上轻轻撒上一些痱子粉 C．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，会使所测的分子直径明显偏大 D．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，会使所测的分子直径明显偏大 (3)将油酸溶于酒精，其浓度为c，用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜的形状，每格边长是0.5cm，油膜所占坐标纸的格数为a，油酸分子的直径约为 m。 【典例4】（2025·山东潍坊·一模）如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤： (1)下列有关该实验的说法正确的是______。 A．实验步骤正确的操作顺序是丙→丁→乙→甲 B．图乙中撒痱子粉的目的是为了防止滴入溶液时液体飞溅出来 C．图丙配制溶液时浓度要大一些，1滴溶液才能在水面形成足够厚的油膜便于测量 D．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度 (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.1%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，滴入浅盘中的纯油酸体积为 mL（结果保留两位有效数字）。 (3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液后得到以下油膜形状，对油膜形状的分析正确的是______。 A．甲图油膜比较理想，油膜与痱子粉边界清晰，且边界线大致为直线，便于绘制边界 B．乙图油膜不理想，痱子粉撒的太少且不均匀，导致边界不清不便绘制边界 C．丙图油膜满足实验要求，油膜边界比较清晰，痱子粉撒的比较均匀 1、（2020·全国Ⅲ卷·高考真题）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是 。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以 为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是 ． 2、（2011年全国卷高考真题）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子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将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，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； ④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； 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； 完成下列填空： （1）上述步骤中，正确的顺序是 ．(填写步骤前面的数字 ) （2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得l cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2 由此估算出油酸分子的直径为 m．(结果保留l位有效数字) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第02讲 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 目录 知识点1 用油膜法估测油酸分子的大小 1 考向1:用油膜法测量分子直径的原理和实验方法 3 考向2:用油膜法测量分子直径的实验步骤和数据处理 4 考向3:用油膜法测量分子直径的误差 5 知识点1 用油膜法估测油酸分子的大小 1、实验原理 (1)理想化处理： ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 ②油分子一个个紧挨着整齐排列，且把分子看成球形 (2)计算原理：将一体积为v的油滴滴在水平面上，当他伸展成单分子油膜，如果把这一摊油膜当成一个很矮的柱体，那体积是v面积是s 再把柱体的高设为d，利用体积公式就得到v=sd，因为这个d也是油膜分子的直径，所以咱要求的分子直径计算公式就能用 2、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、爽身粉或细石膏粉。 3、实验步骤 （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）用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。 （3）将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 （4）待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔(或钢笔)画出油酸薄膜的形状。 （5）将玻璃放在坐标纸上，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，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。 （6）根据已配好的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。 （7）计算油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子直径的大小。 4.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)待测油膜扩散后又会收缩，要在油膜的形状稳定后再描轮廓。 5、数据分析 （1）测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ①稀释油酸 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。 ②配制一定浓度的油酸酒精溶液 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。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，再计算其所含纯油酸的体积V。 例如：把1mL的油酸用酒精稀释成200ml溶液 那稀释后1mL溶液中油酸的含量：ml 再假设1mL溶液可以分成50滴，那每一滴的体积就是=0.02mL 而其中的1滴纯油酸含量就是=0.0001mL （2）测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ①撒爽身粉 ②滴1滴油酸酒精溶液 ③放上玻璃板，等液面稳定 ④画出轮廓 ⑤放坐标纸，数格子 假设每个格子边长是a，如果数得n个格子：s=na2 （3）分子直径d＝(代入数据时注意统一单位)。 分子的大小：除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m。 6、误差分析 (1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。 (2)利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的读数方法而产生误差。 (3)油滴的体积过大，同时水面面积过小，不能形成单分子油膜。 (4)描绘油膜形状的画线误差。 (5)利用小正方形数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。 (6)不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差。 考向1:用油膜法测量分子直径的原理和实验方法 【典例1】在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀地撒上痱子粉，将一滴上述油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，如图所示。测得油膜占有的正方形小格个数为X。 ①用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为__________。 ②油酸分子直径约为_________。 （2）用“油膜法”来估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有：_______（填正确答案编号） A．油酸分子看成球形 B．油膜视为单分子油膜 C．忽略酒精体积 D．分子之间没有空隙 【答案】 ABD 【解析】(1)①一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为 ②根据 ， 解得 (2)用“油膜法”来估测分子的大小，油膜视为单分子油膜，分子之间没有空隙，油酸分子看成球形，则油膜的厚度表示分子的直径，所以ABD正确；C错误；故选ABD。 考向2:用油膜法测量分子直径的实验步骤和数据处理 【典例2】在做“用油膜法:估测分子的大小”实验时，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL。用注射器测得58滴这样的溶液为1mL。把1滴这样的溶液滴入的浅盘里，等油膜稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为1cm。 (1)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少? (2)油酸膜的面积是多少? (3)按以上数据，估算油酸分子的大小。 解：（1）1mL油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为： 1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为： （2）小方格的面积：S1=10-2×10-2m2=10-4m2 小方格的个数n=114 油酸膜的面积为：S=nS1=114×10-4m2=1.14×10-2m2 油酸分子的直径： 带入数据得： 考向3:用油膜法测量分子直径的误差 【典例3】在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。 (1)如图反映实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 （用符号表示）； (2)关于本实验，下列选项正确的是________； A．将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙 B．为了使得油膜边界更清晰，需要在油膜上轻轻撒上一些痱子粉 C．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，会使所测的分子直径明显偏大 D．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，会使所测的分子直径明显偏大 (3)将油酸溶于酒精，其浓度为c，用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜的形状，每格边长是0.5cm，油膜所占坐标纸的格数为a，油酸分子的直径约为 m。 【答案】(1)dacb (2)AD (3) 【解析】（1）顺序应是：先量出一滴油酸酒精溶液的体积，然后将油酸酒精溶液滴入撒入痱子粉的浅水盘中，稳定后将一块玻璃板盖到浅盘上，用笔将油膜的轮廓画到玻璃板上，最后将玻璃板放到坐标纸上算出油膜的面积，因此顺序为dacb。 （2）A．将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙，故A正确； B．为了使得油膜边界更清晰，需要先在浅盘里倒入2cm左右深的水，然后将痱子粉均匀撒在水面上，而不是油膜上，故B错误； C．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，则油膜的面积偏大，则测得的分子直径偏小，故C错误； D．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，则S的测量值偏小，分子直径测量值偏大，故D正确。 故选D。 （3） 油酸膜的面积0.5cm2=0.25acm2 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积cmL 根据d＝，代入数据可得 【典例4】（2025·山东潍坊·一模）如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤： (1)下列有关该实验的说法正确的是______。 A．实验步骤正确的操作顺序是丙→丁→乙→甲 B．图乙中撒痱子粉的目的是为了防止滴入溶液时液体飞溅出来 C．图丙配制溶液时浓度要大一些，1滴溶液才能在水面形成足够厚的油膜便于测量 D．油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度 (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.1%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，滴入浅盘中的纯油酸体积为 mL（结果保留两位有效数字）。 (3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液后得到以下油膜形状，对油膜形状的分析正确的是______。 A．甲图油膜比较理想，油膜与痱子粉边界清晰，且边界线大致为直线，便于绘制边界 B．乙图油膜不理想，痱子粉撒的太少且不均匀，导致边界不清不便绘制边界 C．丙图油膜满足实验要求，油膜边界比较清晰，痱子粉撒的比较均匀 【答案】(1)D (2)1.0×10-5 (3)BC 【解析】（1）A．图中实验步骤应先在浅盘的水面撒入痱子粉，后配制油酸酒精溶液，再向浅盘中滴入油酸酒精溶液，最后描绘油膜轮廓，即实验步骤正确的操作顺序是乙→丙→丁→甲，故A错误； B．图乙中撒痱子粉的目的是为了更加精确描绘出油膜的轮廓，故B错误； C．图丙配制溶液时浓度要小一些，1滴溶液才能在水面形成单分子油膜层，便于精确测量，故C错误； D．实验中的酒精容易挥发，油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度，故D正确。故选D。 （2）若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.1%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，滴入浅盘中的纯油酸体积为0.1%mL=1.010-5mL （3）A．甲图油膜不理想，痱子粉撒得过多，导致油膜过厚，没有形成单分子油膜，故A错误； B．乙图油膜不理想，痱子粉撒的太少且不均匀，导致边界不清不便绘制边界，故B正确； C．丙图油膜撒得适量，满足实验要求，油膜边界比较清晰，痱子粉撒的比较均匀，故C正确。 故选BC 1、（2020·全国Ⅲ卷·高考真题）用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是 。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以 为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是 ． 【答案】使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积 油膜稳定后得表面积S． 【解析】油膜法测量分子大小需要形成单分子油膜，故而需要减少油酸浓度；一滴油酸的体积非常微小不易准确测量，故而使用累积法，测出N滴油酸溶液的体积V，用V与N的比值计算一滴油酸的体积；由于形成单分子油膜，油膜的厚度h可以认为是分子直径，故而还需要测量出油膜的面积S，以计算厚度 . 2、（2011年全国卷高考真题）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子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将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，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； ④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； 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； 完成下列填空： （1）上述步骤中，正确的顺序是 ．(填写步骤前面的数字 ) （2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得l cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2 由此估算出油酸分子的直径为 m．(结果保留l位有效数字) 【答案】④①②⑤③ 0-10 【解析】(1)[1]由实验要求可知，实验的步骤是先配溶液，然后再将痱子粉放入水中，将液滴滴入水中，描绘轮廓，计算面积，因此是④①②⑤③； (2)[2]根据题意可得 学科网（北京）股份有限公司 $$