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

第2节　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 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。 [对应学生用书P5] 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。 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。 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。 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。 (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。 (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。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P6] 探究点一___实验原理和操作 【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 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 解析：(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 解析：(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。 [对应学生用书P7] 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 D　解析：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 A　解析：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。 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 (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 (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 (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 解析：(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。 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 (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)。 (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 答案：(1)DBFEC　(2)116　4×10－10　(3)AD 解析：(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。 (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。 [课时梯级训练(2)见P138] 学科网（北京）股份有限公司 $$