第1章 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（人教版2019）

亨学科网书城 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小 核心素养定位 1.会用油膜法估测油酸分子的大小。2.学习建立简化模型、合理估算的科学方法。3体会用 稀释放大的方法测微小体积，用分割法测不规则形状的面积。 课前自主学习 实验思路 1.把1滴油酸滴在水面上，油酸分子(C1H3COOH)中的羧基一COOH对水有较强的亲合力， 烃基CH:一对水没有亲合力而冒出水面，因此，油酸分子会一个个地直立在水面上形成】 p101单分子油膜。 2.尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把 它简化为球形处理，并认为它们紧密排布（如图）。测出油膜的厚度，它就相当于分子的刻 upl02直径。 00000000000000000 水面上单分子油膜的示意图 3.为了使油酸充分展开，获得一块sp1O3)单分子油膜，需要将油酸在酒精中sp104)稀 程后再滴入水中，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。可以粗 略地认为，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splO5)油膜面积S之 比。 二实验器材 油酸、酒精、注射器、烧杯、sp10)浅盘、清水、带有坐标方格的玻璃板、彩笔、爽身粉。 三物理量的测量 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 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。 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2xXk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 ()在浅盘里盛上水，将爽身粉均匀地撒在水面上。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精 溶液，油酸立即在水面散开，形成一块油膜。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。 (②)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。然后，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。 课堂探究评价 探究1测量过程获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 师生互动 活动1：如图甲，量取一定体积油酸酒精溶液的滴数，应该用粗的注射器还是细的？ 提示：细的注射器精度高，所以应用细的。 活动2：配置好的油酸酒精溶液如果敞开放置时间过长，会怎么样？ 提示：酒精会挥发，溶液中的油酸浓度会发生变化，影响实脸精度。 活动3：使用浅盘前，要注意什么？ 提示：注意检查浅盘是否千净。 活动4：向水面滴油酸酒精溶液时，要注意什么？ 提示：应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。 活动5：如图乙，如果盘子太小，或者油酸体积太大，会发生什么情况？ 提示：油酸将铺满整个浅盘，形成的油膜可能不是单分子油膜。 探究2分析数据得出结论 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 2 享学科网书城国 品牌书店，知名数辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 师生互动 活动1：本实验中1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积应如何表示？ 提示：1滴油酸酒精溶液的体积”=V液NN为溶液的滴数，V诚为N滴油酸酒精溶液的体 积)，1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积=×为溶液中油酸的体积浓度)。 活动2：如图，如何计算油膜的面积？ 提示：油酸薄膜的面积S=2(a为玻璃板上小正方形的边长，n为油膜轮廓内小正方形的个 数)。 活动3：通过对实验数据的分析，能得到什么结论？ 提示：根据1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和油膜面积S可计算出油膜厚度，即油酸分 子的直径d=S。 活动4：实验中有哪些误差？ 提示：(1)纯油酸体积的测量误差：比如油酸酒精溶液的实际浓度与理论值间存在偏差，液滴 的体积测量产生误差。 (②)油膜面积的测量误差：比如描绘油膜影状的画线误差，爽身粉撒得过厚不能形成单分子油 膜，利用小方格数计算的误差。 (③)记油酸分子看成球形和不考虑油酸分子空隙产生的误差。本实脸只要求估测油酸分子的大 小，所以可以忽略此误差。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10一10m。 实验结果的数量级符合要求即可。 探究3典例探究提升能力 例1(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 3 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。 C.用浅盘装入约2cm深的水，然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。 D.用公式d=S,求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小。 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'。 F,用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一 定体积时的滴数。 上述实验步骤的合理顺序是 (2)在步骤B中滴入盛水浅盘中的油酸酒精溶液所含的纯油酸的体积为4.0×10-6mL,将画有 油膜轮廓的玻璃板放在方格边长为1cm的坐标纸上，水面上散开的油膜轮廓如图所示，该油 膜面积为 cm2,油酸分子直径约为 1m。 [规范解答韵(1)由题意知，实验步骤的合理顺序为FECBAD。 (2)方格数为90，则油膜面积为90×1cm2=90cm2,油酸分子直径为d=S=4.0×10一6× 10-690×10-4m=4.4×10-10m。 [答案](1)FECBAD(2)904.4×10-10 [变式训练]某探究小组为了通过油膜法测得油酸分子的大小，进行了如下实验步骤： A.用注射器取1滴配制好的油酸酒精溶液滴入量筒测出体积，再根据油酸酒精溶液的浓度， 算出1滴溶液中纯油酸的体积 B.用浅盘装入约2cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上： C.将1滴油酸酒精溶液滴在水面上，立即将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，用彩笔将 海膜的形状描画在玻璃板上： D.根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，数出轮廓内的方格数（不足半个的舍去，多于 半个的算一个)，再根据方格的面积求出油膜的面积S: E.用公式d=S,求出薄膜厚度，即油酸分子的直径。 ()上述步骤中哪两个步骤是不妥当的，请指出并改正： 4 令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 ① ② (2)探究小组的同学先将体积为α的油酸溶解到酒精中，配制成体积为b的油酸酒精溶液，并 测得其中1滴油酸酒精溶液体积为'，且在水面上形成的油膜面积为S,则可以测得油酸分 子直径约为」 ；若已知纯油酸的摩尔质量为M,密度为P,阿伏加德罗常数为Na,则 n滴这样的油酸酒精溶液含油酸分子个数约为 答案(1)①A用注射器吸取一段配制好的油酸酒精溶液，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，再根据油酸酒精溶液的浓度，算出1滴溶液中纯油酸的体积 V ②C.将1滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜形状稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅 盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上 (2)VOabS npaVONAMb 解析(1)①A只取1滴溶液测量体积时误差太大，应用注射器吸取多一些溶液测出体积，再 除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积。 ②C,若立即描绘油膜形状，可能还未形成单分子油膜，故不能立即进行形状描绘，应等待油 膜形状稳定后再进行描绘。 (②)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为abP。,则油酸分子直径为d=abS=0abS。n滴 这样的油酸酒精溶液含纯油酸体积为V=nabV,纯油酸的摩尔体积为'ml=Mp,则所含的纯 油酸的分子数为N=VmolNa=paVONAM仍。 例2在做“用油膜法估测油酸分子的大小"的实验中，油酸酒精溶液的浓度约为每10mL溶 液中有纯油酸6mL。用注射器测得1mL上述溶液为75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘 里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放 在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1cm。则： 令学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b2xXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 (①)油膜的面积是 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径是 (结果保留两位有效数字) (4)某同学实验中得到的结果比大多数同学的结果偏大，出现这种结果的原因，下列说法可能 正确的是 A.油酸中含有大量酒精 B.计算油膜面积时，所有不足一格的方格都作为整格计入 C.水面上爽身粉撒得较多，油酸未完全散开 D.将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 [规范解答剖](1)计算油膜轮廊范围内正方形的个数，多于半个的算一个，不足半个的舍去， 由题图知，正方形小方格有108个，那么油膜面积S=108×1cm2=108cm2。 (2)1mL油酸酒精溶液为75滴，则1滴该溶液的体积为175mL,又每10mL溶液中有纯油 酸6mL,则每滴溶液中纯油酸的体积V=6104×175mL=8×10-6mL。 (3)油酸分子的直径为d=S=8×10-6108cm=7.4×10-8cm=7.4×10-10m. (4)本实验中，酒精的作用是使油酸更容易展开形成单分子油膜，最终会挥发或溶于水，根据 =S可得，只要油酸酒精溶液中纯油酸的体积计算正确，油膜面积计算正确，则油酸中含 有大量酒精对实验结果不会造成影响，故A错误：计算油膜面积时，所有不足一格的方格都 作为整格计入，则测得的S偏大，由d=S可知测得的分子直径偏小，故B错误；水面上爽 身粉撒得较多，油酸未完全散开，则测得的S偏小，由=S可知测得的分子直径偏大，故 C正确：将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，则测得的V偏大，由=S 可知测得的分子直径偏大，故D正确。 [答案](1)108cm2(2)8×10-6mL (3)7.4×10-10m(4)CD 6 令学科网书城 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 「变式训练2]在“用油膜法估测油酸分子的大小“实验中，将0.1L的油酸溶于酒精，制成 250mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1.0mL上述溶液有100滴，现取一滴该溶液滴入水 面上，将油膜形状画在每小格边长为1.0cm的方格纸上，数出完整的方格有67个，大于半 格的有14个，小于半格的有19个。则： (1)这种估测方法是将每个分子近似看成 ,让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的 油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的 (②)利用上述有关数据可求得的油膜分子直径约为 m。(结果保留两位有效数字) (3)在配制油酸酒精溶液时，若不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计 算值小一些，会导致算出的油酸分子直径比实际值 (填“偏大”或“偏小")。 答案(1)球体（或球形直径(2）4.9×10-10(3)偏大 解析(1)这种估测方法是将每个分子视为球体，让油酸尽可能地在水面上散开，形成的油膜 可祝为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。 (2)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V=0.1250×1.0100mL=4.0×10-12m3。根据题意， 完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个，根据不足半格的舍去，大于 半格的算一个，可知方格个数为n=67+14=81,则油膜面积为S=81×1.0cm×1.0cm=81cm2 =8.1×10一3m2,油酸在水面上形成单分子油膜，则油酸分子直径为d==4.0×10一1281× 10-3m=4.9×10-10m。 (③)在配制油酸酒精溶液时，若不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计 算值小一些，则计算的一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积偏大，根据d=S可知，会导 致算出的油酸分子直径比实际值偏大。 课后课时作业 1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，下列假设与该实验无关的是() A.油膜中分子沿直线排列 B.油膜为单分子层且分子都是球形 C.油膜的体积等于总的分子体积之和 D.油膜中分子一个挨一个排列，不计它们的间隙 答案A 解析在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，把油酸分子简化为球形处理，一个紧挨着 令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 一个排列，不计它们的问隙，所以总的油酸分子体积之和等于油膜的体积，油膜中分子是否 沿直线排列，与该实验无关。故选A。 2.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，纯油酸体积为了，在水面上形成近似圆形的单分 子油膜，油膜直径为d,则油酸分子直径大小约为() A.4Vad2 B.πd24V C.2Vπd2 D.πd22V 答案A 解析由题知油膜的面积约为S=R2=π4P,故油酸分子直径为D=S=4πd2,A正确。 3.体积为10-4cm3的油酸，滴在水面上散开，形成一单分子油膜，则油膜面积的数量级为() A.102cm2 B.104cm2 C.106cm2 D.108cm2 答案B 解析油酸在水面上散开，形成单分子油膜，单分子油膜的厚度等于油酸分子的直径，数量 级为10-10m,则油膜面积的数量级为S=Vd=10-410-10×102cm2=10cm2,故B正确。 4.某同学在做“用油膜法估测油酸分子直径“的实验，滴下油酸酒精溶液后，发现爽身粉迅速 散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，可能是由于( A.盆中水太多 B.爽身粉撒得太多，且厚度不均匀 C.盆太小，导致油酸无法形成单分子层 D.油酸酒精溶液浓度过大 答案B 解析由图中情况可知，油酸并没有充分地推开爽身粉，故原因是爽身粉撒得太多，且厚度 不均匀，故选B。 5.1mL某种油可滴100滴，把一滴油滴在平静的湖面上，扩展成面积为25m2的油膜，这 种油分子直径的大小约为 答案4×10-10m 8 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2xxk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 解析1滴油的体积=1100mL=10一8m3,扩展成单分子油膜时体积不变，有V=Sd,则d =S=10-825m=4×10-10m。 6.在“用油膜法估测油酸分子的大小"的实验中，以下几个主要的操作步骤相应要获得的实验 数据是： ()配制油酸酒精溶液时，必须记录并算出 (②)用滴管取配制好的油酸酒精溶液，然后逐滴滴入量筒中，…。这一步是为了测出 (3)用滴管将配制好的油酸酒精溶液在水面上滴入1滴，待水面上形成的油膜形状稳定后，，，。 这一步是为了测出 答案(1)油酸酒精溶液的体积浓度 (②)一滴油酸酒精溶液的体积 (3)一滴油酸酒精溶液中的纯油酸形成的单分子油膜的面积 7.在“用油膜法估测油酸分子的大小实验中： (1)实验时需要使油酸在水面上形成 油膜，将油酸分子看成 模型： (②)如图所示的四幅图反映了实验中的四个步骤，将它们根据教材内容按实验操作先后顺序排 列应是 (用符号表示)： D (3)1mL的油酸中加入酒精至10mL得溶液a,再取1mL溶液a并向其中加入酒精至500mL 得溶液b:用注射器吸取溶液b,一滴一滴地滴入小量简中，当滴入100滴时，量得其体积为 1mL。则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 mL(结果保留两位有效数字)： (4)向水面滴入一滴溶液b,水面上散开的油膜面积约为68cm2,则油酸分子直径为 (结果保留两位有效数字)。 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案(1)单分子球体(2)DACB(3)2.0×106(42.9×10-10 解析（①）实验时需要使油酸在水面上形成单分子油膜，将油酸分子看成球体模型。 (②)~用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶 液中纯油酸的体积→准备浅水盘一撒爽身粉→形成油膜→描绘油膜轮廓→测量油膜面积→讨 算分子直径，故图中四个步骤按操作先后顺序排列应是DACB。 (3)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为'。=110×1500×1100mL=2.0×10-6mL。 (4)油酸分子直径为d=V0S=2.0×10-6×10-668×10-4m=2.9×10-10m。 8.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每10mL溶液中有 纯油酸6mL,用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘 里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，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，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm,则： ()油膜的面积是 (②)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 (3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是 答案(1)2.4×10-2m2(2)12×10-11m3 (3)5×10-10m 解析(1)由题图可以数出油膜轮廓内正方形个数n=60,则油膜面积S=nL2=60×(20×10- 2m2=2.4×10-2m2。 (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V=6104×I50mL=1.2×10-5mL=1.2×10-11m3。 (3)油酸分子的直径d=S=1.2×10一112.4×10-2m=5×10-10m 9。某同学模仿“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验方案来估测小黄米（可视为球形小颗粒） 的直径。实验步骤如下： ①先用量简测量出一定数量小黄米的体积为： ②再将其平铺在水平的坐标纸上，使小黄米紧挨着排成单层结构： ③用铅笔描绘出边缘的轮廓如图： 10