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（江苏专版）

实验十九　用油膜法估测油酸分子的大小 第十五章　热学 1 [学习目标]　1.知道油膜法估测油酸分子的大小的原理。 2.掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法。 2 实验技能　梳理必备知识 实验要点　强化关键能力 命题点　教材原型实验 课时作业　巩固提高训练 内容索引 3 实验技能　梳理必备知识 一 4 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。 (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、油酸薄膜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　强化关键能力 二 11 命题点　教材原型实验 12 [典例1]　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____________(填写实验步骤前的字母)。 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 角度1　实验原理与操作 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，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，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜轮廓的形状和尺寸如图所示， 图中每个小正方形格的边长为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)。  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 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。 [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还是按原来的计算的，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。 课时作业　巩固提高训练 三 26 1.(6分)(2025·江苏扬州模拟)有同学完成“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。 (1)在实验中油酸体积占油酸酒精溶液总体积的比例最为合适的是________。  A.1∶50　 B.1∶500　　　C.1∶5 000 2 1 解析：在实验中油酸体积占油酸酒精溶液总体积的比例最为合适的是1∶500，故选B。 B 27 (2)由于没有方格纸，该同学首先在一张透明胶片上描出油膜的轮廓，测量胶片的面积S0，并用高精度的电子天平称量出整张胶片的质量M，然后沿轮廓剪下对应的油膜形状的胶片，其质量为m，则油膜的面积为_________(用所给物理量符号来表示)。  2 1 解析：胶片厚度相同，则面积比等于质量比，即S＝ m。 m 28 (3)下列操作有助于减小实验误差的是________。  A.撒粉时要尽量厚一些，覆盖整个浅盘 B.滴油酸酒精溶液时，针头需远离液面 C.滴油酸酒精溶液后需待油膜稳定后再测其面积 2 1 解析：撒粉时若过厚，且覆盖整个浅盘，则不利于油酸形成单分子油膜，选项A错误；滴油酸酒精溶液时，若针头远离液面，则油酸酒精溶液滴到水面上时可能会溅起，也不利于形成整片的油膜，选项B错误；滴油酸酒精溶液后需待油膜稳定后再测其面积，选项C正确。 C 29 2.(12分)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量的方法。 (1)甲同学配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油 酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项是________； 其余正确操作的合理顺序是__________。  2 1 A.将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由 地扩展为油酸膜 B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面 上自由地扩展为油酸膜 C.向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地 撒在水面上 D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再 根据d＝估算出油酸分子的直径 E.将玻璃板盖到浅盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上 A　 CBED　 30 解析：为了使得油膜形成单分子油膜层，实验时，需要将油酸进行稀释，不能直接将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，A错误，符合题意。实验时，先向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，再将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜，随后将玻璃板盖到浅盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上，最后将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再根据d＝估算出油酸分子的直径。即正确操作的合理顺序是CBED。 2 1 31 (2)乙同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小” 实验时，将6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL 的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量 筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1 mL。 用注射器把一滴这样的溶液滴入表面撒有痱子 粉的浅盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸 膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积约为___________m2(保留两位有效数字)。由以上数据， 可估算出油酸分子的直径约为______________m(保留两位有效数字)。  2 1 1.1×10－2 7.3×10－10 32 解析：利用数格子的方法，油酸膜的面积约为 S＝112×1×10－2×1×10－2 m2≈1.1×10－2 m2 一滴这样的溶液中的纯油酸体积为 V＝×10－6 m3＝8×10－12 m3 则估算出油酸分子的直径为 d＝ m≈7.3×10－10 m。 2 1 33 (3)丙同学将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，导致最 终测出的油酸分子直径______(选填“偏大”或“偏小”)。  2 1 解析：由于d＝，若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，体积偏大，则所测的分子直径d明显偏大。 偏大 34 (4)在用油膜法估测分子大小的实验中，已知纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的质量为m，一滴油酸酒精溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸油膜最大面积为S，阿伏加德罗常数为NA。以上各量均采用国际单位制，对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断： ①油酸分子直径d＝ ②油酸分子直径d＝ ③一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子数n＝NA ④一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子数n＝NA 以上判断正确的是________。  A.①和③　　　　 B.①和④ C.②和④ D.②和③ 2 1 C 35 解析：由于一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的质量为m，则该滴溶液中纯油酸的体积为V＝，根据d＝，解得d＝，则①错误，②正确；一滴纯油酸的物质的量为n0＝，一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子数n＝n0NA，解得n＝NA，③错误，④正确。故选C。 2 1 36 $$