1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

分子动理论 第2节　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 第一章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.理想化：认为在水面上形成的油酸薄膜是由单层的油酸分子组成的。 2．模型化：把油酸分子简化为球形。 3．估算：认为油膜的厚度就是油酸分子的直径。 1.用油膜法估测油酸分子的大小。 2．学会间接测量微观量的方法。 　　通过实验，体会和掌握测量微观量的思想和方法，能利用不同的方法和手段分析和处理信息。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 一、实验目的 1．用油膜法估测油酸分子的大小。 2．学会间接测量微观量的方法。 二、实验原理 1．理想化：认为在水面上形成的油酸薄膜是由单层的油酸分子组成的。 2．模型化：把油酸分子简化为球形。 3．估算：认为油膜的厚度就是油酸分子的直径。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 三、实验器材 油酸酒精溶液、注射器、量筒、浅盘、坐标纸、玻璃板、彩笔、痱子粉、水。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 四、实验步骤 1．用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，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玻璃杯中，记下液滴的总滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积。 2．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上。 3．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 4．待油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ (知识拓展) 计算油膜面积的一种方法 凡大于半格的计为1格，凡小于半格的略去不计，数出总格数，再乘以每小格的面积，即为油膜的面积。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 (知识拓展)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．油滴的体积过大，同时水面面积过小，不能形成单分子油膜。 3．描绘油膜形状的画线误差。 4．利用小正方形计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。 5．不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 【例1】 (2023·甘肃天水高二校联考期中)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： A．用注射器把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 B．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 C．往浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 D．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 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 1．(2023·江苏扬州高二统考期中)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，下列说法正确的是(　　) A．为便于形成单分子油膜，配成的油酸酒精溶液浓度要高一些 B．为清晰显示油膜的边界，应该在滴入油酸酒精溶液后撒上痱子粉 C．如果将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，会导致测量结果偏小 D．为减小实验误差，选用的玻璃板上正方形方格要小一些 素养训练 学业评价 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 素养训练 学业评价 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 3．(2023·江苏盐城高二校联考期中)某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。 (1)(多选)该实验中的理想化假设是__________。 A．将油膜看成单分子层油膜 B．不考虑各油酸分子间的间隙 C．不考虑各油酸分子间的相互作用力 D．将油酸分子看成球形 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ (2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是__________。 A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓 B．对油酸溶液起到稀释作用 C．有助于测量一滴油酸的体积 D．有助于油酸的颜色更透明便于识别 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ (3)某次实验时，滴下油酸溶液后，痱子粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是________。 A．盆中装的水量太多 B．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀 C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ (4)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，通过计算得到一滴溶液的体积为8.0×10－3 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________ m(保留两位有效数字)。 (5)将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间，再使用该溶液进行实验会导致分子直径的测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 答案：(1)ABD　(2)B　(3)B　(4)2.0×10－9 m　(5)偏小 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ 4．(2023·山东枣庄高二统考期末)某实验小组做了“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。 (1)他们进行了下列操作。请选出需要的操作，并按正确操作的先后顺序排列起来：D、________(用字母符号表示)。 A．倒入油酸 B．倒入水 C．描绘油膜轮廓 D．记录油酸酒精溶液的滴数 E．滴油酸酒精溶液 F．撒粉 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ (2)在实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL 溶液中有纯油酸5 mL。用注射器测得1 mL上述溶液 为100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，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正方形小格的边长为1 cm。 该油酸薄膜的面积约为________ cm2，油酸分子直径约为________ m(保留一位有效数字)。 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 ⁠ (3)(多选)在该实验中，若测出的分子直径结果明显偏大，则可能的原因有________。 A．水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开 B．计算油酸膜面积时，错将不足半格的方格作为完整方格处理 C．油酸酒精溶液配制的时间较长，酒精挥发较多 D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数少计了5滴 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （J）　 五、数据处理 1．数出玻璃板上轮廓范围内坐标方格的个数，算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一格。 2．根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。 3．计算油酸薄膜的厚度D＝，即为油酸分子的直径。 探究点一___实验原理和操作 完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的操作顺序是________(填步骤前面的字母)。 (2)关于油膜面积的测量方法，下列说法中正确的是________(填字母代号)。 A．将油酸酒精溶液滴入水中后，要立刻用刻度尺去量油膜的面积 B．将油酸酒精溶液滴入水中后，要让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积 C．将油酸酒精溶液滴入水中后，要立即将油膜的轮廓画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积 D．将油酸酒精溶液滴入水中后，要让油膜尽可能散开，等到状态稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积 (3)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，在实验中测得n滴油滴的体积为V，则每个油滴的体积为________。将一滴油滴滴在水面上，形成的油膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为l，则油膜的面积是________。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________。用这种方法估测出的结果，其分子直径的数量级约为________ m。 答案：(1)CADB　(2)D　(3)　59l2　　10－10 (1)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液(教师完成，记下配制比例)→测定一滴酒精油酸溶液的体积：V0＝→准备浅水盘(C)→形成油膜(A)→描绘油膜边缘(D)→测量油膜面积、计算分子直径(B)，即正确的顺序是：CADB。 (2)将油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，形成单分子油膜，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，然后用坐标纸计算油膜的面积，由于油膜不规则，无法用刻度尺去量油膜的面积。D正确。 (3)n滴油滴的体积为V，则每个油滴的体积为； 每个小方格的面积为l2，不足半格的舍去，超过半格的算一格，一共有59格，所以油膜面积为59l2； 根据体积公式V体＝SD 得分子直径D＝＝ 分子直径的数量级为10－10 m。 探究点二___数据处理和误差分析 【例2】 (1)在“用单分子油膜法估测分子的大小”实验中，下列说法正确的是(　　) A．实验中使用油酸酒精溶液，酒精作用是能使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓 B．将油酸酒精溶液滴入水中后应立即迅速描绘油膜轮廓 C．本实验不考虑油酸分子间的间隙 D．为减小实验误差，应往均匀撒好痱子粉的水盘中多滴几滴油酸酒精溶液 (2)某同学所得到的油酸分子直径计算结果明显偏小，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．在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴 D．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 (3)(多选)实验中采用了哪些方法(　　) A．控制变量法 B．建立模型法 C．估算法 D．转换法 (4)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每2000 mL溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________ mL，油酸膜的面积是________ cm2。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________ m(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)C　(2)C　(3)BC　(4)2.5×10－6　41　6.1×10－10 (1)实验中使用油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是尽可能地减小滴入水面的油酸的含量，A错误；将油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，形成单分子层油膜，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，B错误；油膜是呈单分子分布的，实验中把油酸分子看成球形，分子间没有空隙，C正确；不能多滴几滴油酸酒精溶液，这样油膜不便于扩散形成单分子层油膜，D错误。 (2)某同学所得到的油酸分子直径计算结果明显偏小，根据D＝，油酸未完全散开，则油膜面积测量值偏小，使得油酸分子直径测量值偏大，A错误；油酸酒精溶液中含有大量酒精，不影响油酸分子直径的测量结果，B错误；在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴，则一滴溶液中纯油酸体积测量值偏小，使得油酸分子直径测量值偏小，C正确；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，则油膜面积测量值偏小，使得油酸分子直径测量值偏大，D错误。 (3)本实验中做了三点理想化假设：将油酸分子视为球形，油膜看成单分子层，油酸分子是紧挨在一起的(不考虑油酸分子间间隙)；在计算油膜面积的时候将大于半格当成一格，小于半格的舍去；故实验中采用了建立模型法和估算法。BC正确。 (4)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 V＝× mL＝2.5×10－6 mL 由于每格边长为1 cm，则每一格的面积为1 cm2，估算油酸膜的面积时超过半格以一格计算，不足半格的舍去，由图可知油膜大约有41格，则油酸膜的面积为 S＝41×1 cm2＝41 cm2 油酸分子的直径为 D＝＝ m≈6.1×10－10 m。 配成的油酸酒精溶液浓度低一些，每滴油酸酒精混合溶液中纯油酸的体积就少，铺在浅盘中形成的油膜的面积就小，更容易形成单层油膜，A错误；为清晰显示油膜的边界，应该先撒上痱子粉再滴入油酸酒精混合溶液，B错误；如果将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，那么油酸的体积偏大，根据实验原理可知，油酸分子的直径为D＝，可知会导致测量的油酸分子的直径偏大，C错误；为减小实验误差，选用的玻璃板上正方形方格要小一些，由于轮廓采取估测法，因此方格越小误差越小，D正确。 2．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为80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，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，已知坐标中正方形方格的边长为1 cm，油膜面积约有106格。则油膜分子直径最接近(　　) A．5×10－10 m B．4×10－8 m C．5×10－9 m D．1×10－8 m 油膜面积约有106格，则油膜的面积S＝106×1×1 cm2＝106 cm2，1滴溶液中含纯油酸的体积为V＝× mL＝6.25×10－6 mL，油膜分子直径D＝＝m≈5.9×10－10 m，A正确。 (1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子层分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间空隙不计，A、B、D正确。 (2)由于油酸不溶于水，无论是否有酒精，油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓，A错误；用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液，可以减少滴到水面上油酸的量，使更容易测量油酸的面积，并且当滴到水面上时，酒精迅速溶于水，很容易形成单分子层油膜，因此酒精起到稀释作用，B正确；一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同，都是取50滴(或其他数量)等于1毫升，从而算出一滴的体积，C错误；油酸的颜色和油酸酒精溶液基本都是无色的，D错误。 (3)出现如图所示的情况，是痱子粉撒得太多，导致油膜未完全分开，B正确。 (4)分子直径为D，由公式有 D＝＝m＝2×10－9 m (5)将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间，由于酒精的挥发，该溶液的浓度会增大，但我们实验时还是按原来的浓度，所以导致计算一滴纯油酸体积偏小，结果导致计算分子直径偏小。 答案：(1)DBFEC　(2)116　4×10－10　(3)AD (1)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液(记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→倒水→撒粉→滴油酸酒精溶液→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径，因此操作先后顺序排列应是：DBFEC。 (2)按照超过半格的算一格，不足半格的舍去原则，可得共有116格，油酸膜的面积为 S＝116×1×1 cm2＝116 cm2。 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 V＝××10－6 m3＝5×10－12 m3 估测出油酸分子的直径为 D＝＝m≈4×10－10 m。 D＝＝m≈4×10－10 m。 (3)水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开，测得的油膜面积偏小，由D＝可知，测出的分子直径结果偏大，A正确；计算油酸膜面积时，错将不足半格的方格作为完整方格处理，测的油膜面积偏大，由D＝可知，测出的分子直径结果偏小，B错误；油酸酒精溶液配制时间较长，酒精挥发较多，则溶液浓度增大，1滴溶液形成油膜面积变大， 得到的分子直径将偏小，C错误；求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数少计了5滴，测得纯油酸的体积偏大，由D＝可知，测出的分子直径结果偏大，D正确。 $$