第15章 实验19 用油膜法估测油酸分子的大小-【优化探究】2026高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

实验十九　用油膜法估测油酸分子的大小 第十五章　热学 1 实验技能　自主学习 实验要点　互动探究 达标检测　巩固提高 命题点　教材原型实验 内容索引 2 实验技能　自主学习 一 3 1.实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的 方法估测分子的大小。当把一滴用酒精稀释过的 油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中 的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图 甲所示形状的一层纯油酸薄膜。 如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小。用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示油酸分子的直径，如图乙所示，则d＝。 2.实验器材 盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。 3.实验过程 (1)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止。 (2)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积时的滴数，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。 (3)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上。 (4)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 (5)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 (6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半格的舍去，多于半格的算一个)。 (7)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝，算出油酸薄膜的厚度d。 (8)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小。 1.数据处理 (1)一滴油酸酒精溶液的平均体积(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＝×油酸溶液的体积比。(体积比＝) (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＝。(代入数据时注意单位的统一) 2.注意事项 (1)干净：实验所有用具都要擦洗干净，否则难以形成油膜。 (2)适量：爽身粉和油酸的用量都不要太大，否则不宜成功。 (3)适宜：油酸酒精溶液的浓度以小于1%为宜，且配置好后不要长时间放置，以免浓度发生改变，造成较大的实验误差。 (4)水平、垂直：浅盘要水平放置，以便准确描绘出油膜的轮廓；描绘轮廓线时，视线应与玻璃板表面垂直。 (5)稳定：待油膜形状稳定后，再画油膜轮廓。 (6)规范：计算时注意单位、数量级以及有效数字等。 3.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。 实验要点　互动探究 二 12 命题点　教材原型实验 13 [典例1]　在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。 (1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成________(选填“单层”或“多层”)分子油膜的特性。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________。  角度1　实验原理与操作 单层 　 14 [解析]　本实验利用了油酸分子易在水面上形成单层分子油膜的特性。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d＝。 (2)某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液，测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作： A.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜 B.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积 C.将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上 D.向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上 以上操作的合理顺序是________(填字母代号)。  DACB [解析]　实验中先在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；然后将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜；将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上；将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积。合理的顺序是DACB。 (3)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 [解析]　该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。根据d＝可知，将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则V偏大，测得的分子直径d偏大，选项A正确；油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，计算时仍按原来的浓度计算，则测得的分子直径偏小，选项B错误；水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，则S的测量值偏小，分子直径测量值偏大，选项C正确；计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则S测量值偏大，则分子直径测量值偏小，选项D错误。 (4)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜面积是0.16 m2。由此估算出油酸分子的直径为__________ m (结果保留一位有效数字)。  [解析]　一滴该油酸酒精溶液含纯油酸的体积为 V＝× cm3＝1×10－10 m3 油酸分子的直径为 d＝ m≈6×10－10 m。 6×10－10 [典例2]　在“用油膜法估测油酸分子的大小” 的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5 000 Ml 的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为 80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘 中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是 0.5 cm。根据以上信息，回答下列问题。 角度2　数据处理与分析 (1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为_____________ mL。  [解析]　一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V＝× mL＝2.5×10－6 mL。 2.5×10－6 (2)油膜的面积为________ cm2。  [解析]　由题图可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为 S＝140×0.5×0.5 cm2＝35 cm2。 35 (3)油酸分子的直径约为___________ m(保留一位有效数字)。  [解析]　油酸分子的直径约为d＝≈7×10－10 m。 7×10－10 (4)从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，油膜的面积大小变化情况是___________________。  [解析]　从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小。 先变大后变小 (5)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做 “用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都 发生了操作错误。其中会导致所测的分子直径 d偏小的是________。  A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒 精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓 度比计算值大一些 B.乙在计算出注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小 C.丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些 A [解析]　甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心 把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓 度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液 中纯油酸的体积比实际值小，由d＝可知，所测 的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算出注射 器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿 错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的 注射器的针管比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来计算的，由d＝可知，所测的分子直径d偏大，B错误；丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d＝可知，所测的分子直径d偏大，C错误。 达标检测　巩固提高 三 28 1.(5分)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，某小组发现测得的分子直径数据比其他组大2~3个数量级，可能的原因是________。  A.计算油膜面积时，只计算了完整方格的数目 B.水面上痱子粉撒得过多，导致油膜没能充分展开 C.将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算 D.测量每滴油酸酒精溶液体积时，将31滴溶液错数成30滴 2 3 4 5 6 1 C 29 解析：在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，分子直径d＝。计算油膜面积时，只计算了完整方格的数目，则测量值S偏小，分子直径偏大，但数据不可能大2~3个数量级，故A错误；水面上痱子粉撒得过多，导致油膜没能充分展开，则S测量偏小，分子直径偏大，但数据不可能大2~3个数量级，故B错误；将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算，则油酸的体积V测量偏大，分子直径偏大，由于油酸只占油酸酒精溶液的千分之几，数据可能大2~3个数量级，故C正确；测量每滴油酸酒精溶液的体积时，将31滴溶液错数成30滴，则每一滴油酸酒精溶液的体积测量偏大，油酸的体积V测量偏大，分子直径偏大，但数据不可能大2~3个数量级，故D错误。 2 3 4 5 6 1 30 2.(8分)(2025·广东韶关模拟)某实验小组在做“油膜法估测油酸分子大 小”的实验中，需使油酸在水面上形成________层油膜，为使油酸尽可能地散开，将纯油酸用酒精稀释，若稀释后的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.5 mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL，油酸未完全散开就开始测量油酸膜 的面积，会导致油酸分子直径的计算结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。若一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为160 cm2，则 可测出油酸分子的直径为____________ m(结果保留一位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 单分子　 偏大　 6×10－10 31 解析：用油膜法估测油酸分子直径时，需使油酸在水面上形成单分子层油膜。 油酸分子直径d＝，油酸未完全散开就开始测量油膜的面积，所测S偏小，会导致油酸分子直径的计算结果偏大。 一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积V＝ mL＝1×10－11 m3，油膜面积为S＝160 cm2＝1.6×10－2 m2，则可测出油酸分子的直径为d＝≈6×1 m。 2 3 4 5 6 1 32 3.(8分)(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________。  2 3 4 5 6 1 cadb 解析： “用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液，测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘，形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积并计算分子直径，则操作先后顺序应是cadb。 33 (2)取油酸1.0 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面到达250 mL的刻度线为止，得到油酸酒精混合溶液，用滴管吸取混合溶液逐滴滴入量筒，当量筒内溶液达到1.0 mL时，恰好共滴了100滴。取一滴混合溶液滴在浅盘内的水面上(已撒爽身粉)，数得油膜轮廓占面积为1 cm2小格子120格(不足半格舍去，多于半格算1格)，则油酸分 子的直径为____________ m(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 3.3×10－9 34 解析：油膜面积占120格，面积为S＝120×1×10－4 m2＝1.2×10－2 m2 一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 V＝××10－6 m3＝4×10－11 m3 油酸分子的直径约等于油膜的厚度 d＝ m≈3.3×10－9 m。 2 3 4 5 6 1 35 (3)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏伽德罗常数，还需要知道油酸的________。  A.摩尔质量　　　　　　 B.摩尔体积 C.质量 D.体积 2 3 4 5 6 1 解析：设一个油酸分子体积为V，则V＝π()3，由NA＝可知，要测定阿伏伽德罗常数，还需知道油酸的摩尔体积，故B正确。 B 36 4.(10分)(2025·广东肇庆测试)某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”的实验。 (1)实验中要让油酸在水面尽可能散开，形成单分子油膜，并将油酸分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为__________。  A.控制变量法 B.等效替代法 C.理想化模型法 2 3 4 5 6 1 C 解析：将油酸分子看成球形且紧密排列，在水面上形成单分子油膜。本实验体现的物理思想方法为理想化模型法。故选C。 37 (2)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D__________。  2 3 4 5 6 1 BFEC 解析：根据实验操作可知正确顺序为DBFEC。 38 (3)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)。油酸分子的直径 d＝___________m(结果保留一位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 7×10－10 39 解析：由题图数得油膜所占小正方形个数为 60，则油膜面积为S＝60×1×1 cm2＝60 cm2， 一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 V＝ cm3＝4×10－6 cm3 则油膜分子直径为 d＝ cm≈7×10－8 cm＝7×10－10 m。 2 3 4 5 6 1 40 5.(10分)(2025·广东东莞模拟)在做“用油膜 法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒 精，其浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL。 用注射器测得1 mL上述溶液有75滴，把1滴该 溶液滴入表面撒有痱子粉的盛水浅盘里，待 水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔 在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图，坐标纸中小正方形方格的边长为1 cm。 2 3 4 5 6 1 41 (1)油膜的面积是__________cm2。  2 3 4 5 6 1 解析：这种粗测方法是将每个分子视为球体，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这时油膜的厚度可视为油酸分子的直径，由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的方格数是101个，油膜的面积为 S＝1 cm×1 cm×101＝101 cm2。 101 42 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 __________mL(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 V＝× mL＝8.0×10－6 mL。 8.0×10－6 43 (3)某次实验测得油膜面积为S，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V，则油酸分 子直径D＝__________。(用题中给定的字母表示)  2 3 4 5 6 1 解析：油酸分子直径为D＝。 44 (4)某同学在用油膜法估测分子直径实验中， 计算结果明显偏大，可能的原因是下列选项 中的__________。  A.油酸未完全散开 B.油酸中含有大量的酒精 C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴体积时，1 mL的溶液的滴数误多记了10滴 2 3 4 5 6 1 AC 45 解析：油酸未完全散开，实验时油膜面积偏 小，故得到的分子直径将偏大，故A正确； 如果油酸中含有大量的酒精，不会影响测量 结果，因为酒精最终会溶于水，或者挥发掉， 故B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足 一格的方格，算得的油膜面积将偏小，故得 到的分子直径将偏大，故C正确；求每滴体积时，1 mL的溶液的滴数误多记了10滴，可知每滴溶液中纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故D错误。 2 3 4 5 6 1 46 6.(10分)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中小正方形方格的边长为1 cm。 2 3 4 5 6 1 47 (1)油酸薄膜的面积是________ cm2。  2 3 4 5 6 1 解析：轮廓包围的方格约为71个，故油酸薄膜的面积为S＝71×1× 1 cm2＝71 cm2。 71 48 (2)油酸分子的直径是_____________ m(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：每滴溶液中含有纯油酸的体积为V＝× mL＝6.25× 10－6 mL，油酸分子的直径为d＝≈8.8×10－10 m。 8.8×10－10 49 (3)某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大， 可能是由于________。  A.油膜中含有大量未溶解的酒精 B.计算油膜面积时，错将全部不完整的方格作为 完整方格处理 C.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 D.水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开 2 3 4 5 6 1 CD 50 解析：如果油膜中含有大量未溶解的酒精，导致 油酸的实际面积比统计面积小，计算时采用统计 的油酸面积S偏大，由d＝可知，油酸分子直径d 的计算值将比真实值偏小，故A错误；计算油膜 面积时，如果错将全部不完整的方格作为完整方 格处理，导致统计的油膜面积比实际油膜面积大，计算结果将偏小，故B错误；如果计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致统计的油膜面积偏小，计算结果将偏大，故C正确；如果水面上爽身粉撒得较多，油酸没有充分展开，导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小，计算结果将偏大，故D正确。 2 3 4 5 6 1 51 (4)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏伽 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，则阿伏伽德罗常数的表达 式为______________。(分子看成球体)  2 3 4 5 6 1 解析：油酸分子个数为N＝个，油酸分子的物质的量为n＝，故阿伏伽德罗常数为NA＝。 52 (5)本实验体现的物理思想方法为________。  A.控制变量法 B.理想化模型 C.极限思想法 D.整体法与隔离法 2 3 4 5 6 1 解析：实验中把油酸分子简化为球形，忽略分子间隙，并且认为油膜为单层分子，是一种理想化模型，故选B。 B 53 $$