1.2实验用油膜法估测油酸分子的大小-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第三册）

2. 实验用油膜法估测油酸分子的大小 第一单元 分子动理论 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。 2科学思维： 通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。 3科学探究： 通过测量油酸分子在水面形成的单分子层厚度（即分子直径），理解分子的微观尺度，并掌握间接测量微观量的科学方法。。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 核 心 素 养 1.油酸简介 油酸的化学式为 ‌C₁₈H₃₄O₂‌，其结构简式可写作 ‌CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH‌。 油酸的双键顺式构型使其分子呈弯曲结构，导致熔点较低（约13°C），常温下为液态，广泛存在于植物油（如橄榄油、花生油）中。油酸中的亲水基团是羟基。 一、问题引入 知识点一、实验原理 单分子油膜法 ②把分子看成球形. ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层. ③油分子一个紧挨一个整齐排列; 因此，要估测油酸分子的直径，就要解决两个问题: 一是获得很小的一小滴油酸并测出其体积； 二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积。 实验中，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。 知识点二、实验步骤 1．用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积的滴数，求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V. 2．向容器中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上． 3．小心地将一滴油酸溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜． 4．轻轻地将有机玻璃盖板放到容器上，用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上． 5．利用坐标方格计算出油膜的面积S，再根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积求出油膜的厚度d＝V/S，即为所测分子和直径. 知识点三、物理量的测量 知识点四、实验注意事项 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，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。 3.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。 4.待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。 5.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。 实验演示： 1.实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？ 答案　用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜；同时酒精易挥发，不影响测量结果。 2.实验中为什么在水面上撒爽身粉？ 答案　撒爽身粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓。 3.为什么实验时要使油膜尽可能地散开？ 答案　要形成单分子油膜，所以实验时要使油膜尽可能地散开。 实验中这样做是为什么？ 【误差分析】 1.油酸酒精溶液的实际浓度与理论值之间存在差异. 2.形成单分子油膜:只有形成单分子油膜,才能保证分子的直径计算式d=成立.要求使用的油酸酒精溶液的浓度、爽身粉的用量适宜. 3.油酸的体积V:用累积法测出油酸的体积.先测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积. 4.油膜的面积S:根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格计算出形状不规则的油膜的面积.数出轮廓内的方格数,方格边长的单位越小,用这种方法求出的面积越精确. 例1. 某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验。 (1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S。已知500 mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1 mL，则油酸分子直径大小的表达式为d＝________。 (2)(多选)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是________。 A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 B.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 C.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 D.计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理 AC [针对训练1] 在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL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2所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm，则： (1)油膜的面积是多少？ (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？ (3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？ 解:　(1)油膜轮廓包围的方格数约58个， S＝58×(20×10－3)2 m2＝2.32×10－2 m2。 正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格 的每个小正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油 膜的面积________ cm2，由此估算出油酸分子的直径是 __________ m(保留1位有效数字)。 例2. (1)在用油膜法估测分子大小的实验中，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 1 2 3 4 5 256 8×10－10 (2)如图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1.4× 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(结果保留1位有效数字)。 9×10－10 [针对训练2] 、在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 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内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每一小方格的边长为1 cm，试求： (3)实验中为什么要让油膜尽可能散开？ ___________________________________________. _____________________________________________ [针对训练3] ．(1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 （用符号表示）； (2)在该实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有1mL纯油酸。用注射器测得1mL上述溶液有100滴，把2滴该溶液滴入盛水的浅盘里，画出油膜的形状如图所示，坐标格的正方形大小为 。由此估算出油酸分子的直径是 m；（结果保留两位有效数字） (3)某同学通过测量出的数据计算分子直径时，发现计算结果比实际值偏大，可能是由于________。 A．油酸未完全散开 B．油酸酒精溶液浓度低于实际值 C．计算油膜面积时，将所有不足一格的方格记为一格 D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴 【答案】 (1)dacb (2) (3)A 课堂小结 油膜法测分子大小 实验原理 实验步骤 误差分析 实验数据处理 1.一滴油酸溶液的平均体积eq \x\to(V)＝eq \f(N滴油酸溶液的体积,N). 2.一滴溶液中含纯油酸的体积V 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(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)． 4.分子直径d＝eq \f(V,S)(代入数据时注意单位的统一)． Lavf60.4.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 eq \f(V0,500S)　 (3)油酸分子的直径d＝eq \f(V,S)＝eq \f(1.2×10－11,2.32×10－2) m≈5.2×10－10 m。 (2)每滴溶液中含纯油酸的体积V＝eq \f(1,50)×eq \f(6,104) mL＝1.2×10－5 mL＝1.2×10－11 m3。 (1)油酸薄膜的面积是________cm2； (2)实验测出油酸分子的直径是________m(结果保留两位有效数字)； $$