1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本高中物理讲义核心围绕“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，通过建立单分子油膜模型，利用体积V与面积S的比值d=V/S计算分子直径，搭建宏观测量（体积、面积）与微观量估算的桥梁，提供实验思路、步骤、数据处理及注意事项等学习支架。 该资料以科学思维中的模型建构（球形分子、单分子油膜）和科学探究为特色，含实验步骤纠错（如稳定后画轮廓）、数据计算（方格计数、浓度换算）等实例，课中辅助教师梳理实验逻辑，课后通过练习题强化误差分析与数据处理能力，培养严谨科学态度。

1．2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 学习 目标 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量油酸分子直径的公式d＝V/S。 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成的油膜的面积。 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．通过油膜法测量分子直径的实验过程，体会用宏观量测量微观量的模型计算方法。 一、实验思路 　把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33­组成。 把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图所示。 二、实验器材 　油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉。 三、实验步骤 1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀撒在水面上。 2．取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液。 3．用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V′。 4．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 5．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状。 6．将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S或者玻璃板上有边长为1 cm的方格的个数，通过数方格个数，算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 四、数据分析 　根据测出的一滴油酸酒精溶液里油酸的体积V 和油酸薄膜的面积S，求出油膜的厚度d，则d可看作油酸分子的直径，即d＝。 五、注意事项 1．油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免浓度改变，造成较大的实验误差。 2．实验前应注意，浅盘是否干净，否则难以形成油膜。 3．浅盘中的水应保持平衡，痱子粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。 4．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。 5．待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。 　　　“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下： A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积S。 B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，立即将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油膜的形状描画在玻璃板上。 C.用浅盘装入约2 cm深的水。 D.用公式d＝，求出油膜厚度，即油酸分子直径的大小。 E.用注射器将事先配置好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下一定体积的总液滴。根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。 (1)上述步骤中有哪两个步骤有遗漏或不完整的，请指出并改正： a.________________________________________________________________________ b.________________________________________________________________________ (2)上述实验步骤的合理顺序是________________________________________________________________________。 (3)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格的正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________ m(保留1位有效数字)。 解析：(1)B步骤中，立即改成待油酸薄膜稳定后。C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉。 (2)实验时先配制油酸酒精溶液，得到一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积，然后在浅盘中放入水，水面上撒上痱子粉，将一滴油酸酒精溶液滴入，测量油酸在水面上散开的面积，最后进行计算，则上述实验步骤的合理顺序是ECBAD。 (3)由图可以估算出油膜的面积是 S＝63×2 cm×2 cm＝252 cm2 2滴油酸酒精溶液中含油酸的体积 V＝2×mL＝ mL＝2×10－11 m3 由此估算出油酸分子的直径是 d＝＝m＝8×10－10 m。 答案：(1)a.B步骤中，立即改成待油酸薄膜稳定后 b.C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉 (2)ECBAD　(3)252　8×10－10 　在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每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滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水的浅盘里，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，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2 cm。 (1)下列有关该实验的说法正确的是(　　) A.本实验也可直接将纯油酸滴在水面上测量 B.本实验将油膜看成单分子油膜 C.本实验忽略了分子的间隙 D.测量油膜面积时，由于不足一格的正方形面积无法估读，全部舍去 (2)该实验中每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为________m3，油酸膜的面积为________m2；按以上实验数据估测出油酸分子的直径为________m(保留一位有效数字)。 (3)油酸酒精溶液滴入浅盘的水中后，迅速用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后根据测量的数据算出分子直径，结果将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析：(1)因为一滴纯油酸所含分子量太大，所以无法形成单分子层油膜，故A错误；测算分子的直径时，假设的前提必须是将油酸分子看成球形分子，忽略分子的间隙，并且把油膜看成单分子油膜，故B、C正确；测量油膜面积时，由于不足一格的正方形面积无法估读，超过半格的算一格，不够半格的舍去，故D错误。 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝1×× mL＝8×10－6 mL＝8×10－12 m3，油膜形状占据方格数大约为72个，则油酸膜的面积约为S＝72×2×2 cm2＝2.88×10－2 m2，把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子直径d＝＝ m≈3×10－10 m。 (3)油酸酒精溶液滴入浅盘的水中后，迅速用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，此时油酸分子未完全散开，导致测量的面积偏小，直径偏大。 答案：(1)BC　(2)8×10－12　2.88×10－2　3×10－10　(3)偏大 1．利用油膜法估测油酸分子的直径，实验器材有：浓度为0.0 5%(体积分数)的油酸酒精溶液、分度值为0.1 mL的量筒、盛有适量清水的45×40 cm2的浅盘、爽身粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸。 (1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C。 A.用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N； B.将爽身粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n； C.________________________________________________________________________； D.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数得轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S。 (2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径为________(单位：cm)。 解析：(1)将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。 (2)每滴油酸酒精溶液的体积为 cm3，n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V＝×0.05%，所以单个油酸分子的直径为d＝＝＝。 答案：(1)见解析　(2) 2．“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验方法及步骤如下： ①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爽身粉均匀地撒在水面上。 ②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。 ③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。 ④用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上刻度读取总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯，记下总滴数，算出一滴油酸酒精溶液的体积。 ⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。 完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的顺序是________________________________________________________________________。 (2)向体积V油＝1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500 mL；用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液1 mL，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝100滴时，恰好结束；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N，小方格的边长l＝20 mm。1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′是________ mL；油酸分子直径是________m。 解析：(1)实验操作开始之前要先配制油酸酒精溶液，确定每一滴溶液中含有纯油酸的体积，所以步骤④放在首位。实验操作时要在浅盘中放水、爽身粉，为油膜形成创造条件，然后是滴入油酸、测量油膜面积、计算油膜厚度(即油酸分子直径)，所以接下来的步骤是①②⑤③。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′＝× mL＝2×10－5 mL；根据大于半个方格的算一个，小于半个方格的舍去可得，油膜形状占据的方格数大约为113个，故面积S＝113×20×20 mm2＝4.52×104 mm2，油酸分子直径d＝＝ mm≈4.4×10－7 mm＝4.4×10－10 m。 答案：(1)④①②⑤③　(2)2×10－5 4．4×10－10 3．油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有纯油酸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。若把一滴这样的溶液滴入盛有水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面散开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(以下计算结果均保留2位有效数字) (1)若每一小方格的边长为10 mm，则油酸薄膜的面积约为________m2。 (2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为________m3。 (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径约为________m。 (4)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列措施可行的是________。 A.油酸浓度适当大一些 B.油酸浓度适当小一些 C.油酸扩散后立即绘出轮廓图 D.油酸扩散并待其形状稳定后再绘出轮廓图 解析：(1)每个小方格的面积为S1＝1×10－4 m2，超过半格的按一格计算，小于半格的舍去，由题图可估算油酸薄膜的面积约为S＝80S1＝80×10－4m2＝8.0×10－3m2。 (2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 V＝××10－6m3＝1.0×10－11 m3。 (3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子的直径约为d＝＝ m≈1.3×10－9 m。 (4)为能形成单分子油膜，油酸浓度应适当小一些；绘制轮廓图应在油酸扩散并待其形状稳定后进行，B、D正确，A、C错误。 答案：(1)8.0×10－3(7.7×10－3～8.3×10－3均正确) (2)1.0×10－11　(3)1.3×10－9　(4)BD 学科网（北京）股份有限公司 $