第1章 2. 实验：用油膜法估测油酸分子的大小-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 重点和难点 课标要求 1.知道用分子的球形建立水面上油酸的单分子油膜的模型，并理解 用单分子油膜测立油酸分子直径的公式d一背， 重点：用油膜法估测油酸分子的大小 2.能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形 的原理。 成的油膜的面积 难点：实验误差分析， 3.能对测量的数据进行综合分析和计算，得到油酸分子直径的数量级 4.通过油膜法测量油酸分子直径的实验过程，体会用宏观物理量测 量微观物理量的模型计算方法 ]01必备知识梳理 知识点1用油膜法估测油酸分子的大小 分子十分微小，肉眼无法观察，我们就必须用特殊的办法来 刀划重点 估测分子的大小，单分子油膜法就是既方便又行之有效的方法。 为什么要配制油酸酒精溶液？ 1.实验原理（通过测量较大量来研究较小量） 必须将油酸配制成浓度 测算一小滴油酸酒精溶液中含纯 一油酸分子 很低的油酸酒精溶液，因为 油酸的体积V,并测出这滴油酸在水面 1滴纯油酸含有的分子数量太 水- 大了，可以铺满一个池塘的水 上形成的油膜面积S,如图所示，将油酸 面，如果直接滴在浅盘里，无 分子看成是一个一个紧密排列的球体，忽略油酸分子间的空隙， 法形成单分子油膜，就无法测 油膜的厚度就可看成是一个油酸分子的直径，即d号。 量分子的直径 2.实验前提 本实验为估测，做了以下简化处理：(1)将油酸分子看成球 形：(2)形成的油膜为单分子油膜，认为油膜厚度等于分子直径： (3)不考虑油酸分子间的空隙。 3.实验器材 酒精、油酸、清水、烧杯、浅盘、注射器、玻璃板、盛有爽身粉的 布袋、彩色笔、坐标纸 4.实验步骤 (1)配溶液：向1mL油酸中加酒精，直至总量达到500mL. (2)计算1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积：用注射 器测量一定体积（比如1L)中已知体积百分比浓度的油酸酒精 10 第一章 分子动理论么国 溶液的滴数n,算出1滴溶液中纯油酸的体积V,V=×体积百 同敲黑板7 用油膜法估测油酸分子大小的 分比(mL);或者测量n滴(50或100滴)已知体积百分比浓度的 注意事项 油酸酒精溶液的体积V1,算出1滴溶液中纯油酸的体积V,V= 1.油酸酒新溶液配制后 片×体积百分比 不要长时间放置，以免浓度改 变，产生较大的实验误差。 (3)倒水撒粉：在浅盘里倒入约2cm深 2.实验前应注意，浅盘应 的清水，水面上均匀撒上爽身粉.撒爽身粉的 洗干净，否则难以形成油膜： 作用是用来显示油酸浮在水面后形成的 爽身粉的用量不要太多，否则 轮廓. 不易成功.撒完爽身粉后，浅 (4)滴油：取1滴油酸酒精溶液滴在水面中央.酒精溶于水 盘中的水面应保持平衡，爽身 粉应均匀浮在水面上， 后，水面上留下的是一层油酸油膜，油膜上没有爽身粉（如图甲所 3.向水面滴1滴油酸酒 示)，可以清楚地看出它的轮廓，由于所用的油酸溶液浓度非常 精溶液.滴油酸酒精溶液的滴 低，油膜只有一层分子的厚度，我们称之为单分子油膜，油膜的体 管口应在离水面1cm之内， 积就是1滴溶液中所含油酸的体积V. 否则油膜难以形成， (5)盖板，画轮廓：待油膜形状稳定后，将透 4.要待油膜形状稳定后， 明玻璃板盖在水面上方，在玻璃板上描绘出油膜 再画轮廓. 的轮廓. (6)计算油膜面积：再将玻璃板压在坐标纸 上，如图乙所示，利用数格子数的办法（大于半格算一格，小于半 格舍掉)计算出油膜的面积S. (7)计算油酸分子的直径：d=长(V是1滴溶液中所含油酸 的体积，S是油膜的面积) 5.误差分析 (1)形成的油膜不是单分子油膜：让油膜尽可能散开，待稳定 后进行测量.要求使用的油酸酒精溶液的浓度、爽身粉的用量适 宜等 (2)纯油酸体积的计算误差：要用累积法测1滴溶液的体积. 先测出1mL的油酸酒精溶液的滴数，从而计算出1滴油酸酒精 溶液的体积.再由油酸的浓度算出油酸的体积 (3)油膜的面积S测算产生的误差： ①油膜形状画线误差：用浅盘使玻璃尽量靠近液面，画线尽 量和油膜边缘对应.②数格子带来的误差：用坐标纸，先测出形状 规则油膜的面积，再数出不规则图形的轮廓包围的方格数，计算 11 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 方格数时，不足半格的舍去，多于半格的算一个，最后用格数乘以 P划重点7 每个方格的面积，方格边长越小，用这种方法求出的面积越精确， 本实验用到的物理思想 6.实验改进 1,建立模型，合理估算 在做本实验时，把爽身粉均匀撒在水面上是很关键的一步. (1)将分子看成球形且无 在实际操作时经常撒得不均匀或撒得过多，因爽身粉不溶于水又 间隙紧密排列，将油膜厚度视 不能搅拌，只好重做.可用印刷碳粉代替爽身粉，因为印刷碳粉不 为单分子油膜层的厚度。 溶于水且漂浮在水面上，若撒得太多，可将水和碳粉一起倒出，然 (2)测量油膜面积时，运 用割补法，不足半格的舍去， 后用玻璃棒搅拌，直至碳粉在水面薄且均匀，若撒得不均匀，可直 多于半格的算一个，本实验只 接用玻璃棒搅拌均匀. 要求估算分子大小，实验结果 例①(2025·湖北宜昌夷陵中学高二检测)在“用油膜法估 数量级符合要求即可， 测分子的大小”实验中，某实验小组的实验方法及步骤如下： 2.通过测量宏观量来测 ①向体积为1mL的油酸中加酒精，直至 量微观量 总量达到500mL: 测量的宏观量为n滴油 ②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精 酸酒精溶液的体积V,油膜 溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入 面积S,得出微现量d=长× ns 100滴时，测得其体积恰好是1mL: 体积百分比 ③先往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水，然后 将爽身粉均匀地撒在水面上； ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状 稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下 油酸膜的形状： ⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数 出轮廓范围内小方格的个数为135，小方格的边长为L=20mm. 根据以上信息，回答下列问题（计算结果均保留1位有效 数字) (1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是 mL. (2)油酸分子直径是 m. (3)若该小组同学在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体 积之后，不小心拿错了另一个注射器把溶液滴在水面上.拿错的 注射器针管比原来的粗，这会导致实验测得的油酸分子直径 (填“偏大”或“偏小”)；若在计算油膜面积时，把凡是半 格左右的油膜都忽略不计，则实验测得的油酸分子直径会 (填“偏大”或“偏小”). 解析(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V= (30× 12 第一章 分子动理论么组 mL=2×10-5mL. (2)根据油膜形状占据的方格数为135个可知，面积为S= 135×20mm×20mm=5.4×104mm2. 油酸分子的直径为d=背，代入数据得d4X10册m (3)该小组同学拿错的注射器针管比原来的粗，该小组同学 测定的1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V比实际值偏小，测定 的油膜面积S是准确的，根据d S,测定的油酸分子的直径偏小 若在计算油酸薄膜面积时，把凡是半格左右的油膜都忽略不 计，则计算出油膜的西积偏小，由d苦可知，所得油酸分子直径 偏大 答案(1)2×10-5.(2)4×10-10.(3)偏小；偏大. 02关健能力提升。 题型】用油膜法估测油酸分子的大小 液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开， 例①(2025·安徽师大附中高二月考)在 形成一层油膜，膜上没有爽身粉，且可以清楚 粗测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： 地看出油膜轮廓； ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃 板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状； ⑤如图所示，将画有油酸膜形状的玻璃板 放在边长为1.0cm的方格纸上. (1)根据实验操作中的数据可知一滴油酸 酒精溶液中所含的油酸为 m3,油膜面 ①取油酸1.0mL注入250mL容量瓶内， 积为 m,求得的油膜分子直径为 然后向瓶中加入酒精，直到液面达到200mlL m(此空结果取1位有效数字). 的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶 (2)某同学实验中最终得到的油酸分子直 解，形成油酸酒精溶液； 径和大多数同学的比较，数据都偏大，对于出 ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒， 现这种结果的原因分析正确的是 记录滴入的滴数直到量筒内液体达到1.0mL A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作 为止，恰好共滴了100滴； 为油酸的体积进行计算 ③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm B.计算油酸膜面积时，错将不完整的方格 深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴 作为完整方格处理 管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶 C.画油膜轮廓时，没等轮廓稳定下来就立 13 重滩手册高中物理选择性必修第三册【 刻画好 ②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它 D.水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充 一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n=75滴 分展开 时，测得其体积恰好是V。=1mL; 解析(1)根据题中已知条件可得，油酸酒 ③先往浅盘里倒入2cm深的水，然后将 爽身粉均匀地撒在水面上； 精溶液的体积分数为刀200，一滴酒精油酸溶 ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶 液的体积为V。=1O0mL,由此可得一滴油酸 液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的 玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜 酒精溶液中所含油酸的体积为V=V)=1O0 的形状； ×10X0m=5×10m在计算油展面 ⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标 纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个 积时，不足半格的舍去，大于等于半格的记为 数N,小方格的边长为L=1cm 一格，通过数所形成油膜的轮廓的格数，大约 有114格，因此可得油膜的面积为S=114× 1×10-4m2=1.14×10-2m2.根据以上数据可 得油酸分子的直径为一苦-资0购 4×10-9m (2)错误地将油酸酒精溶液的体积直接作 根据以上信息，回答下列问题： 为油酸的体积进行计算，则体积偏大，因此计 (1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积 算得到的油酸分子的直径偏大，故A正确；计 为 m3;油膜面积为 m2;油酸 算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整 分子直径为 m(以上结果均保留1位 方格处理，则会导致油膜面积偏大，因此最终 有效数字). 计算得到的油酸分子的直径将偏小，故B错 (2)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不 误；油膜在水面上没等轮廓稳定下来就立刻画 足1mL,则最终的测量结果将偏 (填 好，则会使得油膜的面积偏小，因此计算得到 “大”或“小”). 的油酸分子的直径偏大，故C正确；水面上爽 解析(1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油 身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开，则会导 致油膜面积偏小，从而使计算得到的油酸分子 酸的体软V=号×总ml=8X10l=8X 直径偏大，故D正确.故远ACD. 1012m.油膜的面积S=120×1cm㎡=120cm= 答案(1)5×10-11：1.14×10-2：4×10- (2)ACD. 1X102㎡，油酸分子的直径d=_8X10 1×102m= 题型2误差分析 8X10-10m. 例2(2025·江西南昌二中高二检测)某 (2)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不 同学在实验室用油膜法测油酸分子直径，实验 足1L,则代入计算的纯油酸的体积偏大，可 主要步骤如下： 知测量值偏大 ①向体积V油=6mL的油酸中加酒精，直 答案(1)8×10-12；1×10-2；8×10-10. 至总量达到Va=104mL; (2)大 14