1.2 科学测量：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（鲁科版2019）

物理选择性必修 第三册 第 1 章 分子动理论与气体实验定律 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.会建立水面上油酸的单分子油膜的模型。 2．知道油酸分子直径的数量级。 理解用单分子油膜测量油酸分子直径的公式 。 1.能测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积以及在水面上形成的油膜的面积。2．通过实验，估测油酸分子的大小。能对测量的数据进行综合分析和计算。3．经历实验操作和测量的过程，培养学生收集信息、获取证据的能力。 通过油膜法测量油酸分子直径的实验过程，体会用宏观量测量微观量的模型计算方法。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 [对应学生用书P8] 知识点一 实验目的 必备知识/自主学习 1. 估测油酸分子大小的数量级。 2．体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。 油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。 知识点二 实验器材 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 知识点三 实验原理与设计 ❶ 油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是__层油酸分子油膜。若把油酸分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的____。只 要测量出这一滴油酸的________和油膜的_______，就可估算出油酸分子的直径d＝____(如图所示)。 知识点四 实验步骤 1.用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液❷一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如1 mL)时的_____，由此求出一滴油酸酒精溶液的____________。 体积V 面积S 单 滴数 直径 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 2．向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层爽身粉❸。用滴管在其上滴___滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了_______油膜。3．将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。4．将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的_______。求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数(不足半个的_____，多于半个的_______)。5．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的_______。❹根据油酸的_______和油膜的______算出油酸分子的直径。 知识点五 数据处理 ❺ ❻ 一 单分子 面积S 舍去 算一个 体积V 体积V 面积S 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 知识点六 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，浅盘保持_____，否则难以形成油膜。3．浅盘中的水应保持平衡，爽身粉应均匀撒在水面上。4．向水面滴油酸酒精溶液时，应_____水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。5．待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。 知识点七 误差分析 1.偶然误差：实验时配制的油酸酒精溶液的浓度不准确、油酸在水面展开不完全、油酸面积的计算不准确都将影响实验结果的准确性。 2．系统误差：实验中将油酸分子视为球体，与实际分子形体有区别，实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值 干净 靠近 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 批注❶：油酸稀释：将油酸与大比例的酒精混合，然后取一滴油酸酒精溶液滴在水面上，酒精溶于水或者蒸发，水面上只有油酸分子，且能单层排列。 三个假设： (1)分子是球形的；(2)分子紧密排列(没有空隙)；(3)单分子油膜。 ❷ ❸ ❹ ❺ ❻ 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 【例1】(2022·福建南平高级中学高二期中)某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。(1)在“用油膜法测量油酸分子大小”的实验中，下列说法正确的是________；A．用油膜法可以精确测量分子的大小B.计算油膜面积时，应舍去所有不足一格的方格C．根据油酸的体积和油膜的面积可算出油酸分子的直径D．实验时应先将一滴油酸酒精溶液滴入水面、再把痱子粉洒在水面上(2)某次实验时，滴下油酸溶液后，痱子粉迅速散开形成如图甲所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的原因可能是__________；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 关键能力/互动探究 [对应学生用书P10] 探究点一　实验步骤与数据处理　(科学探究之结论) 甲 C B 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 (3)实验中，104 mL油酸酒精溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液共有50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图乙所示，坐标纸中正方形小方格的面积为4×10-4m2。根据以上数据，估算出油酸分子的直径约___________m。(保留1位有效数字) 乙 5×10-10 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 [练1] (2022·福建福州外国语高三质检)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往浅盘里倒入一定深度的水，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。完成下列问题： (1)上述步骤中，正确的顺序是_____________。(填写步骤前面的数字) ④①②⑤③ 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 (2)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每104 mL溶液中含有2 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图所示)。 ①油膜占有的面积约为________cm2；②油酸分子直径的大小d＝__________m。(结果保留1位有效数字) 解析： 60 7×10-10 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 探究点二　实验操作与误差分析　(科学探究之结论) 【例2】(2022·福建厦门集美中学高二期中)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定②往边长约为40 cm的浅盘里倒入约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 (1)上述步骤中，正确的顺序是_____________。 ④②①⑤③ 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 (2)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 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盒里，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，根据上述数据，估测出油酸分子的直径是__________m(此结果保留3位有效数字)。 (3)某学生在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于________。 A．油酸未完全散开 B．计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格 C．计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格 5×10-6 8.5×10-10 AC 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 [练2](2022·辽宁营口高二期末)在一次“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①往浅盆里倒入适量的水，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将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，从而估算出油酸分子直径的大小。④将6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL的油酸酒精溶液，用注射器将溶液一滴一滴的滴入量筒中，每滴入75滴，量筒内的溶液增加1 mL。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。(1)上述步骤中，正确的顺序是_____________；(2)若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸的体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为________；(3)本实验中做了三点理想化假设：①将油酸分子视为球形；②将油膜看成单分子层；③油酸分子是紧挨在一起的。做完实验后，发现所测的分子直径d明显偏大，出现这种情况的原因可能是________。A.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 B．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算C．求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴 D．油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化 ④①②⑤③ AB 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 [练3] (探究情境)测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微镜法。(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”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的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，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滴溶液，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，如图甲所示。坐标格的正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是________cm2(保留2位有效数字)，由此估算出油酸分子的直径是________m(保留1位有效数字)。 (2)如图乙所示的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1.43×10-8 m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2位有效数字) 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) 2.6×102 甲 乙 8×10-10 9.4×10-10 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 谢谢观看！ d＝ eq \f(V,S) eq \f(V,S) 平均体积 eq \x\to(V) 1.一滴油酸酒精溶液的平均体积： eq \x\to(V)＝ eq \f(V0,N)(V0为N滴油酸酒精溶液的体积)。 2．一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积：V＝ eq \x\to(V)×油酸溶液的体积比。(体积比＝ eq \f(纯油酸体积,溶液的体积)) 3．油膜的面积S＝n×1 cm2。 4．分子直径d＝____。 eq \f(V,S) 批注：500 mL的油酸酒精溶液含1 mL(1 cm3)的油酸，浓度η＝ eq \f(1,500)。 批注：因为油酸是透明的，如果不用爽身粉，油酸扩散的边缘看不清。 批注：一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝η eq \f(V液,N)(η为油酸酒精溶液的浓度，N为滴数，V液为N滴油酸 酒精溶液的体积)。 批注：以边长1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，则油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数) (小方格的边长为0.5 cm 时计算更准确，但并不是边长越短越准确)。 批注：代入数据时注意单位的统一。 油酸分子有着复杂的结构和形状，本实验中将其简化为球形，是一种估算的方法，所以本实验不 能精确测量分子的大小，A错误；计算油膜面积时，超过半格的算一个，不足半格的舍去，B错误； 根据油酸的体积和油膜的面积可算出油酸分子的直径，C正确；实验时应先把痱子粉洒在水面上， 再将一滴油酸酒精溶液滴入水面，D错误。 痱子粉迅速散开形成如题图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是痱子粉撒得太多， 且厚度不均匀，使得油酸酒精溶液不能均匀地扩散，B正确。 (3)由题意可得1滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V0＝ eq \f(6,104)× eq \f(1,50) mL＝1.2×10-11m3 油膜的面积为S＝58×4×10-4m2＝2.32×10-2m2 估算出油酸分子的直径为d＝ eq \f(V0,S)≈5×10-10 m。 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； ①通过数油膜在纸上的格数可知，共有60 个格，则油膜占有的面积约为S＝60×1 cm2 ＝60 cm2 ②一滴溶液含有的油酸分子的体积 V＝ eq \f(1 mL,50)× eq \f(2 mL,104mL)＝4×10-6cm3 故油酸分子直径的大小d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(4×10-6cm3,60 cm2)≈6.67×10-8cm＝6.67×10-10m≈7×10-10m。 (1)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为： 准备油酸酒精溶液④→准备带水的浅盘和痱子粉②→形成油膜①→描绘油膜轮廓⑤→计算分子直径③ 故正确的顺序为：④②①⑤③。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V＝ eq \f(1,1 000)× eq \f(1,200) mL＝5×10-6 mL 面积超过小方格面积一半的小方格的个数为59个，故油膜的面积S＝59×1×1 cm2＝59 cm2 油酸分子的直径d＝ eq \f(V,S)≈8.5×10-10 m。 (3)油酸未完全散开，则S测量值偏小，直径测量值偏大，A正确；计算油膜面积时，将所有不足1格 的方格记作1格，则S测量值偏大，直径测量值偏小，B错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足1、 格的方格，则S测量值偏小，直径测量值偏大，C正确。 d＝ eq \f(V,S) 实验应首先测定一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，然后准备浅水盘，撒入痱子粉，滴入 一滴油酸酒精溶液形成油膜，接着描绘油膜边缘，测量油膜面积，最后计算分子直径。故正确的 顺序是④①②⑤③。 (2)油酸分子直径的测量表达式为d＝ eq \f(V,S)。 (3)水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致结果计算偏大，A正 确；将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则计算所用体积数值偏大，导致计算结 果偏大，B正确；求每滴溶液体积时，1 mL 的溶液的滴数多计了10滴，则测量的纯油酸体积偏 小，导致结果计算偏小，C错误；油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度变大，则会导致计 算结果偏小，D错误。 数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，估算出油膜的面积S＝格数(65)× 2 cm×2 cm＝260 cm2＝2.6×102 cm2。 溶液体积浓度为 eq \f(1,1 000)，每滴溶液体积为 eq \f(1,100) mL， 2滴溶液中所含油酸体积V＝2×10-5 cm3， 油膜厚度即油酸分子的直径d＝ eq \f(V,S)＝8×10-10 m。 直径为1.43×10-8 m的圆周周长为πd≈4.5×10-8 m，可以估算出铁原子的直径约为 eq \f(4.5×10-8,48) m≈9.4× 10-10 m。 $$