第15章 第五讲 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（福建专版）

实验：用油膜法估测油酸分子的大小 第 五 讲 |理|清|实|验|原|理|与|方|案| 一、理清原理与操作 实验原理 操作要领 1.利用油酸酒精溶液在平静的 水面上形成单分子油膜 2.将油酸分子视为球形，测出一定体积油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积 3.用d=计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积)，这个厚度就近似为油酸分子的直径 1.配制油酸酒精溶液 2.用注射器通过累积法得到1滴油酸酒精溶液的体积，再计算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 3.借助坐标纸测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 二、掌握数据处理方法 1.计算一滴油酸酒精溶液中油酸的体积：V=(mL)。V0为N滴油酸酒精溶液的体积，k为油酸的浓度。 2.计算油膜的面积S：以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，大于半个的算一个，不足半个的舍去。 3.计算油酸的分子直径：d=(注意单位统一)。 三、强化重点环节和关键能力 1.注意事项 (1)注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。 (2)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画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：①水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩。 (3)当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁。 (4)本实验只要求估测油酸分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。 2.误差分析 (1)纯油酸体积的计算引起误差。 (2)油膜面积的计算造成误差。 (3)油膜形状的边界画线造成误差。 (4)数格子的个数造成误差。 (5)油酸酒精溶液浓度的改变造成误差。 |训|练|注|重|创|新|与|发|展| 1.(双选)某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，油酸酒精溶液的浓度为μ，一滴油酸酒精溶液的体积为V，把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图所示。正方形小方格的边长为a，数得油膜占有的正方形小方格个数为m，则下列说法正确的是 (　 ) A.该实验体现的物理思想方法是等效替代法 B.油酸分子直径约为d= C.若在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，会导致油酸分子直径的测量值偏小 D.若在计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，会导致油酸分子直径的测量值偏大 √ √ 解析：该实验体现的物理思想方法是理想化物理模型法，故A错误；油酸分子直径约为d==，故B正确；若在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，油酸酒精溶液的浓度降低，会导致油酸分子直径的测量值偏大，故C错误；若在计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，则油膜面积偏小，会导致油酸分子直径的测量值偏大，故D正确。 2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)以下操作不正确的是　　　　。  A.直接将一滴油酸滴到水面上 B.向浅盘中倒入2 cm左右深的水，均匀地撒上痱子粉 C.油膜稳定后将玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓 A 解析：(1)油酸浓度太大且不溶于水，直接将一滴油酸滴到水面上，不能形成单分子油膜，故A错误；为了便于观察油酸在水面扩散的面积，在水面均匀撒上痱子粉，故B正确；为了定量测出油酸扩散的面积，用带方格的玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓，故C正确。 (2)前面正确操作后，某同学将油酸酒精溶液滴到均匀撒好痱子粉的水面上时油膜的面积会　　　。  A.变大　　　B.变小　　　C.先变大后变小 解析：(2)酒精溶于水，油酸酒精溶液滴到水中在酒精的作用下形成单分子油膜，随后酒精挥发油膜的面积会缩小，故选C。 C (3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状，做该实验最理想的是　　　。  解析：(3)最理想的情况是痱子粉很薄，容易被油酸酒精溶液冲开，近似圆形，故选C。 C 3.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)该实验中的理想化假设是　　　　。(多选)  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 ABD 解析：(1)根据实验原理可知A、B、D项内容为理想化假设的内容。 (2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是　　　　。  A.可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓 B.对油酸起到稀释作用 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 B 解析：(2)实验中为了使油酸充分展开，获得单分子层油膜，需用酒精对油酸稀释，故选B。 (3)某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22 m2的蒸发皿、注射器、烧杯(注射器中1毫升溶液滴入烧杯中的滴数为50滴)、纯油酸和无水酒精若干。已知油酸分子直径的数量级为10-10 m，则该老师配制的油酸酒精溶液的体积浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为　　　‰(保留两位有效数字)。  1.1 解析：(3)根据题意可知，形成的油膜的面积不能超过蒸发皿的面积，当油膜面积等于蒸发皿的面积时，油酸酒精溶液的浓度最大。一滴油酸的体积V0=dS=10-10 m×0.22 m2=2.2×10-11 m3，一滴油酸酒精溶液的体积V= cm3=2×10-8 m3，则此油酸酒精溶液的体积浓度至多为=1.1 ‰。 4.(2025·漳平模拟)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中。 (1)请选出并补齐必要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：A、　　　 　、F。(用字母表示)  D、E、B 解析：(1)该实验的顺序：A测定一滴油酸酒精溶液的体积，D准备浅水盘，E在浅水盘中撒入少量爽身粉，B滴入一滴油酸酒精溶液，F估算油膜面积。 (2)实验所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中含有纯油酸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里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm。 ①油膜的面积是　　 　　 cm2。  ②按以上实验数据估测油酸分子的直径为　 　　m (保留2位有效数字)。  ③利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为　　　　　　　　　。  118(117~119均可) 6.4×10-10(或6.3×10-10) NA= 解析：(2)①根据题图中描绘的轮廓，不足半格舍去，大于半格算一格，共计118个方格，所以油膜的面积为118×1×1 cm2=118 cm2。 ②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是V=× mL=7.5×10-6 mL，估测油酸分子的直径为d==×10-2≈6.4×10-10 m。 ③单个油酸分子的直径为d0=，单个油酸分子的体积为V0=π=π=，摩尔体积为Vmol=，阿伏加德罗常数为NA==。 5.(2025·泉州模拟)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每500 mL油酸酒精溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得120滴这样的溶液为1 mL。在浅盘里盛上水，将爽身粉均匀地撒在水面上。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液。待油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图甲所示。图中正方形小方格的边长为1 cm，轮廓范围内有258个小方格。 (1)该实验体现了理想化模型的思想，下列说法中不属于本实验的理想假设的是　　　　。  A.把油酸分子简化为球形 B.认为油酸分子紧密排列 C.油酸在水面上形成单分子油膜 D.油酸不溶于水 D 解析：(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，实验中体现的理想假设有：①让油膜尽可能散开，形成单分子层；②把油酸分子看成球形；③不考虑分子之间的空隙。而油酸本身不溶于水，不是理想假设，故D符合题意。 (2)1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积是　 　　m3，实验测出油酸分子直径的大小为　 　　m。(结果均保留两位有效数字)  1.7×10-11 6.6×10-10 解析：(2) 1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积是V=× mL≈1.7×10-5mL=1.7×10-11 m3 由于小方格边长为1 cm，则每一格面积就是1 cm2，轮廓范围内有258个小方格，则油酸薄膜面积为S=258 cm2=2.58×10-2 m2，油酸分子直径的大小为d== m≈6.6×10-10 m。 (3)某同学实验时在水面均匀地撒上一层爽身粉。在液面上方滴入一滴油酸酒精溶液后，形成了如图乙所示形状的油膜，该同学认为形成油膜面积过小，测量面积时误差较大。该同学接着再依次滴入第二滴、第三滴油酸酒精溶液。但该同学发现滴入油酸酒精溶液后形成的油膜面积先略有增加，后又很快缩小，基本上恢复到滴入第一滴溶液后的油膜面积。造成滴入多滴油酸酒精溶液后，油膜面积基本不变的原因是　　 　　　。  若该同学用三滴油酸酒精溶液中油酸的体积及对应形成的面积计算分子直径，计算得到的分子直径与实际分子直径相比　　　　。(选填“偏大”“偏小”或“基本相同”)  爽身粉太厚 偏大 解析：(3)爽身粉太厚，不能形成单分子油膜。由于油膜面积偏小，所以计算得到的分子直径与实际分子直径相比偏大。 6.某班级做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，实验前，将酒精加入1 mL的油酸中配制成1 000 mL的油酸酒精溶液。 (1)在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是用　　　　将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入烧杯，记下一定体积该溶液的液滴数目。  解析：(1)在实验时需要测量出一滴油酸酒精溶液的体积，具体的操作是用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入烧杯，记下注射器内溶液减少一定体积时液滴的数目。 注射器 (2)在浅盘的水面撒上爽身粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列现象或判断正确的是　　　。  A.油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些 B.油膜的面积先快速扩张后慢慢趋于稳定 C.若出现如图的情况，说明油酸浓度太大，需重新配制油酸酒精溶液再进行实验 D.若出现如图的情况，可在水面上重新撒上爽身粉，再次滴入油酸酒精溶液进行实验 A 解析：(2)在浅盘的水面撒上爽身粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，可发现油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些，A正确，B错误；若出现题图中的情况，说明油酸浓度太低，需重新配制油酸酒精溶液再进行实验，C、D错误。 (3)甲实验小组测得1 mL油酸酒精溶液为80滴，通过数1滴溶液在水面稳定后形成的油膜面积对应的正方形的个数得到油膜的面积为250 cm2，可估算油酸分子的直径为　　　　m。  解析：(3)一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积V=×10-6 m3，油酸分子的直径为d== m=5×10-10 m。 5×10-10 (4)乙实验小组算得的油酸分子直径偏小，可能是由于　　　。  A.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 B.油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大 C.水面上爽身粉撒得较多，油酸未完全散开 D.求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数少计了10滴 B 解析：(4)根据d=可知计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，油膜面积的测量值偏小，则直径的测量值偏大，A错误；油酸酒精溶液中酒精挥发，导致油酸浓度变大，油膜的面积S变大，则直径的测量值偏小，B正确；水面上爽身粉撒得较多，油酸未完全散开，油膜面积的测量值偏小，则直径的测量值偏大，C错误；求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数少计了10滴，则一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积偏大，则直径的测量值偏大，D错误。 (5)当结束实验或重复做实验时，需将水从浅盘的一角倒出，在这个角的边缘会遗留少许油酸，为了保持浅盘的清洁，不影响下次使用，应如何处理?　 　　　　　　　　 　。 解析：(5)可以用适量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗。 可以用适量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗 $$