第15章 第四讲 用油膜法估测油酸分子的大小(基础实验)（课件）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（普高基础版）

用油膜法估测油酸分子的 大小(基础实验) 第四讲 1 落实基本知能 2 CONTENTS 目录 迁移拓展训练 落实基本知能 一、理清原理与操作 实验原理 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 操作要领 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 续表 二、掌握数据处理方法 1.计算一滴溶液中油酸的体积：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。 迁移拓展训练 1.(2025·陕西安康模拟)某同学用油膜法估测油酸分子的大小，实验步骤如下： ①将1 mL纯油酸配制成2 000 mL的油酸酒精溶液； ②用小注射器抽取油酸酒精溶液，并将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，直到量筒中的溶液体积为1 mL时共计滴入了61滴； ③向浅盘中倒入约2 cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上； ④用注射器在水面上滴一滴配制好的油酸酒精溶液； ⑤待油酸薄膜的形状稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描出油酸薄膜的形状，如图所示。 每滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积为　　　　　m3(保留两位有效数字)；已知图中每个小方格的边长为1 cm，由图可知油膜的面积为　　　　m2(保留三位有效数字)，油酸分子的直径为 　　　　m(保留两位有效数字)。  答案：8.2×10-12　1.25×10-2(1.24×10-2~1.26×10-2均可)　6.6×10-10 (或6.5×10-10) 解析：每滴溶液中含有的纯油酸的体积V= mL≈8.2×10-6 Ml =8.2×10-12 m3；将多于半格的算一格，不足半格的舍去，可得格子数为125格，则油膜的面积S=125 cm2=1.25×10-2 m2；油酸分子直径的大小d== m≈6.6×10-10 m。 2.(2025·山西晋中质检)油酸可以在水面扩展成单分子油膜。实验小组利用这一原理测定油酸的分子直径(将油酸分子视为球状模型)。 (1)实验步骤： ①向体积为V1的纯油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液总量为V2； ②用注射器吸取油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n滴时体积为V0； ③往方口浅盘里倒入适当深度的水； ④往水面上均匀撒上薄薄的一层爽身粉，然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，等油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓； ⑤将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板，放在画有边长为a的正方形小方格的坐标纸上； ⑥数出轮廓范围内小方格的总数为N。 (2)实验误差分析： 油膜未充分散开时描下轮廓，则所测分子直径　　　　(填“偏大”或“偏小”)。  测量油酸溶液体积时，量筒读数造成的误差属于　　　　　(填“偶然误差”或“系统误差”)。  答案：偏大　偶然误差　 解析：油膜未充分散开时描下轮廓，导致面积的测量值偏小，所以直径测量值偏大。读数误差为偶然误差。 (3)原理：由上述实验步骤测得的数据(V1、V2、n、V0、a、N)可得油酸分子直径的表达式为d=　　　　。  答案：　 解析：根据d=，又V=×，S=Na2，可得d=。 (4)估算：实验室的方形浅盘规格为40 cm×40 cm，用注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的体积约为0.02 mL，油酸分子的直径按6× 10-10 m估算，为使实验尽可能精确，配制的油酸酒精溶液浓度应选 　　　　(填选项序号)。  A.　　　　　　　B. 答案：B 解析：由题给数据计算轮廓面积，若=，则S= m2≈ 667 cm2， 若=，则S≈1 667 cm2， 因方形浅盘的面积为1 600 cm2，所以选B。 3.(2025·南阳模拟)如图甲、乙、丙、丁是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤： (1)有关该实验的下列说法正确的是　　　　。(填选项前字母)  A.图中的操作步骤顺序为丙→丁→乙→甲 B.油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验 C.往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓 答案：B　 解析：根据题意，由实验原理可知，用油膜法估测油酸分子的大小的实验步骤为丙→乙→丁→甲，故A错误；油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，避免酒精挥发，浓度发生变化，实验有误差，故B正确；应等油酸完全散开稳定后开始描绘油膜轮廓，故C错误。 (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，则滴入浅盘中的油酸体积为　　　　cm3。  答案：2.0×10-5 cm3 解析：根据题意可知，1滴这样的溶液中的油酸体积为V=×0.2% mL=2.0×10-5 cm3。 4.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 答案：D　 解析：在“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验中理想假设有：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不考虑分子之间空隙。而油酸本身不溶于水，不是理想假设，故只有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)  答案：1.7×10-11　6.6×10-10 解析： 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 由于每格边长为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”)  答案：爽身粉太厚　偏大 解析：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。 5.(2025·北京东城一模)做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)下列实验步骤的正确顺序是　　　　(填写实验步骤前的序号)。  a.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 b.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 c.将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小 d.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，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积 e.将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 答案：dabec　 解析：实验过程应先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，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积，然后往边长约为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，再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，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上， 最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是dabec。 (2)实验中，所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积V2，用注射器和量筒测得V0体积的上述溶液有n滴，把一滴该溶液滴入浅盘中撒有痱子粉的水面上，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个正方形小格的边长为a，则油酸薄膜的面积S=　　　　　；可求得油酸分子的直径为　　　　　(用V1、V2、V0、n、S表示)。  答案：71a2　　 解析：根据数格子的办法，多于半格算一格，少于半格舍去，油膜的总格数为71格，则油膜总面积为S=71a2，由于所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积V2，则溶液的浓度为x=，用注射器和量筒测得体积为V0的上述溶液有n滴，则一滴溶液中纯油酸的体积为V=x，油酸分子直径为d=，联立解得d=。 (3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为　　　　。  A.油膜中含有大量未溶解的酒精 B.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 C.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 D.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴 答案：BC 解析：根据d=，油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积测量值偏大，则油酸分子直径测量值偏小，故A错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，故B正确；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，导致油膜面积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏大，故C正确；用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴，导致油酸体积测量值偏小，则油酸分子直径测量值偏小，故D错误。 6.在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： ①取油酸1.0 mL注入2 500 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到2 500 mL的刻度为止，摇动容量瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液； ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数，直到达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴； ③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓； ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状； ⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上。 (1)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为　　　m3，求得的油酸分子直径为　　　m(此空保留一位有效数字)。  答案：4×10-12　4×10-10　 解析：一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为V0=× m3 =4×10-12 m3 由题图可知油膜中有112个小方格，则油膜面积为S=112× m2=1.12×10-2 m2 则油酸分子直径为d== m≈4×10-10 m。 (2)于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大。出现这种结果的原因，可能是　　　　。  A.计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理 B.水面上爽身粉撒的较多，油酸膜没有充分展开 C.求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴 答案：B 解析：于老师在该实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据偏大，根据d=可知，计算油酸膜面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，则油膜面积测量值偏大，油酸分子的直径测量值偏小，故A错误；水面上爽身粉撒得较多，油酸膜没有充分展开，则油膜面积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏大，故B正确；求每滴溶液体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴，则一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积测量值偏小，油酸分子的直径测量值偏小，故C错误。 $$