第1章 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦“用油膜法估测油酸分子大小”核心实验，系统梳理从单分子油膜原理、分子球形简化模型，到纯油酸体积测量（稀释溶液、滴数与总体积计算）、油膜面积测量（坐标方格计数），再到数据处理（d=V/S）的完整脉络，构建原理-操作-计算的学习支架。 资料以科学思维中的模型建构（分子球形单分子层）和科学探究（实验步骤排序、误差分析）为特色，通过2024年天津期中题中实验步骤排序、黑龙江题中理想化方法选择等实例，培养学生严谨实验态度。课中辅助教师实验教学，课后助力学生回顾实验原理与数据处理，弥补知识盲点。

第2节　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验目的 1．估测油酸分子大小的数量级。 2．体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。 二、实验思路 　把1滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由__________层油酸分子中的烃基C17H33­组成的。 把分子简化为________形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的________，它就相当于分子的直径，实验中需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的________与它在水面上摊开的________之比，如图所示。 三、实验器材 配制好的一定浓度的____________、浅盘、水、________、注射器、烧杯、带坐标方格的玻璃板、彩笔。 四、物理量的测量 1．测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 (1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。 (2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数。 (3)用它们的__________除以__________，得到1滴油酸酒精溶液的体积。 (4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V。 2．测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。 (1)在浅盘里盛上水，将爽身粉__________地撒在水面上。 (2)用注射器向水面上滴1滴__________，油酸立即在水面散开，形成一块油膜。 (3)待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上____________。 (4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的__________，多于半个的算一个。 (5)用正方形的个数乘单个正方形的面积就得到____________。 五、数据处理：根据油酸酒精溶液的浓度，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，即为油酸分子直径的大小。 (1)一滴油酸溶液的平均体积 ＝。 (2)一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 V＝×油酸溶液的体积比。 (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＝。(代入数据时注意统一单位) 六、注意事项 1．实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，否则难以形成油膜；实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。 2．油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差。 3．浅盘中的水应保持平衡，爽身粉应均匀地撒在水面上。爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。 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．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。 [答案自填] 单　球　厚度d　体积V　面积S　油酸酒精溶液　爽身粉　总体积　总滴数 均匀　油酸酒精溶液　描下薄膜的形状　舍去　油膜的面积S 题型一　实验原理和实验操作 　(2024·天津期中)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： a．用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定； b．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； c．根据一滴溶液中纯油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径； d．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； e．往浅盘里倒入约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。 完成下列填空： (1)上述步骤中，正确实验步骤的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)。 (2)在实验中将油酸分子看成是球形的，所采用的方法是________。 A．等效替代法 B．理想模型法 C．控制变量法 D．比值定义法 [解析]　(1)该实验按步骤可简化为准备浅水盘、形成油膜、描绘油膜边缘、测量油膜面积、计算分子直径，所以顺序为eadbc。 (2)在实验中将油酸分子看成是球形的，是把分子模型理想化了，所采用的方法是理想模型法。 [答案]　(1)eadbc　(2)B 　(2024·黑龙江齐齐哈尔期中)某同学用“油膜法”来粗略估测油酸分子的大小，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，油酸分子就立在水面上，完成油酸分子大小测定。 (1)该同学用“油膜法”来粗略估测分子的大小，下列有助于较准确完成实验的理想化方法有__________。 A．分子都视为立方体 B．分子都能形成单分子油膜 C．分子都是一个一个紧挨着排列的 D．滴入的油酸酒精溶液是高浓度的油酸酒精溶液 (2)为了减小“用油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是________。 A．油酸未完全散开时开始描绘油膜轮廓 B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些 C．先在浅盘水中撒些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上 D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形 (3)现体积为a的纯油酸配制成体积为b的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个装有约2 cm深水的浅盘，一支滴管， 一个量筒。现用滴管从量筒中取体积为V的油酸酒精溶液，让其自由滴出，全部滴完共N滴。现用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，待油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去)。估算油酸分子直径的表达式为____________。 [解析]　(1)该同学用“油膜法”来粗略估测分子的大小，下列有助于较准确完成实验的理想化方法有，滴入的油酸溶液是稀释的油酸酒精溶液，可认为油酸分子都能形成单分子油膜，并将分子都视为一个一个紧挨着排列的球体，故B、C正确，A、D错误。 (2)为了减小“用油膜法估测分子的大小”的实验误差，把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些，要等油酸完全散开时开始描绘油膜轮廓，故B正确，A错误；先在浅盘水中撒些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上，等油酸分子自由扩散，形成稳定的单分子油膜，不能用牙签把水面上的油膜拨弄成矩形，故C、D错误。 (3)一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积 V0＝× 估算油酸分子直径d＝ 解得d＝。 [答案]　(1)BC　(2)B　(3)d＝ 题型二　数据处理和误差分析 　(2024·云南昆明阶段练)在“油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验步骤如下： a.将1 mL油酸配制成1 000 mL油酸酒精溶液； b.用小注射器取一段油酸酒精溶液，并将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，直到1 mL时一共滴入50滴； c．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； d.用注射器在水面上滴一滴配制好的油酸酒精溶液； e.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。 (1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL。 (2)已知每一小方格的边长为1 cm，则油膜面积为________cm2。 (3)根据上述数据得出油酸分子的直径是________m(保留1位有效数字)。 (4)关于本实验下列说法正确的有________________。 A．油酸酒精溶液长时间放置，会使分子直径的计算结果偏大 B．若油酸没有充分散开，会使分子直径的计算结果偏小 C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，会使分子直径的计算结果偏小 D．在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，会使分子直径的计算结果偏大 [解析]　(1) 每滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V＝× mL＝2×10－5 mL。 (2)多于半个的方格算一个，少于半个的方格舍去，可得油膜面积S＝61×1 cm2＝61 cm2。 (3)油酸分子的直径d＝＝ cm≈3×10－7 cm≈3×10－9 m。 (4)油酸酒精溶液长时间放置，会使酒精挥发，油酸的浓度增大，从而每滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积测量值偏小，造成分子直径的计算结果偏小，A错误；若油酸没有充分散开，导致面积S的测量值偏小，从而会使分子直径的计算结果偏大，B错误；如果舍去了所有不足一格的方格，测量油膜的面积偏小，从而造成分子直径的计算结果偏大，C错误；若滴数少记了几滴，使每滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积测量值偏大，从而造成分子直径的计算结果偏大，D正确。 [答案]　(1)2×10－5　(2)61　(3)3×10－9　(4)D 1．(2024·河南南阳阶段练)某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)下列说法正确的是________。 A．该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的单层分子膜 B．一滴油酸酒精溶液滴入水面，油膜的面积会先扩张后又稍微收缩了一些 C．实验时应先将一滴油酸酒精溶液滴入水面，再把痱子粉洒在水面上 D．分子直径近似等于油酸酒精溶液的体积与油膜的面积之比 (2)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验操作步骤： 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痱子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，待油膜形状稳定； 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； 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。 上述步骤中，正确的顺序是________(填写步骤前面的数字)。 (3)每滴油酸酒精溶液的体积为V，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S。溶液的浓度为ρ，则油酸分子直径大小的表达式为d＝________。 (4)某同学实验中，配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，所测的分子直径________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析：(1)该实验中将油膜看作由一个个油酸分子紧密排列的球状单层分子膜，油膜厚度即为油酸分子的直径，故A正确；一滴油酸酒精溶液滴入水面，水面凹陷以及溶液中的酒精溶于水后油酸分子需要填补分子间的空隙，因此油膜的面积会先扩张后又稍微收缩了一些，故B正确；实验时应先将痱子粉洒在水面上，然后将一滴油酸酒精溶液滴入水面，这样就可以形成边界清晰的油膜，易于对油膜面积的测定，故C错误；分子直径近似等于一滴油酸酒精溶液中油酸的体积与油膜的面积之比，故D错误。 (2)根据实验思路，首先应该计算出一滴油酸酒精溶液的体积，然后在浅水盘中放入水和痱子粉，滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，形成稳定的油膜，接着把玻璃板放在浅水盘上获取油膜的形状，最后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，即正确的顺序为④①②⑤③。 (3)一滴油酸酒精溶液的体积为V，而油酸的体积分数为ρ，则可知一滴油酸酒精溶液中油酸的体积V′＝ρV，由此可得油酸分子直径大小的表达式为d＝＝。 (4)配置溶液的过程中将酒精倒多了一些，将会造成油酸酒精溶液中油酸的体积分数偏小，但实际用到的计算数据偏大，因此计算得到的油酸分子的直径偏大。 答案：(1)AB　(2)④①②⑤③　(3)　(4)偏大 2．(2024·天津武清阶段练)(1)某同学在做课本上粗测油酸分子大小的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于__________。 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.求每滴溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数误多记了10滴 (2)在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸1 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，估算油膜面积时超过半格以一格计算，小于半格就舍去，估算出40格，则油酸膜的面积是________m2，每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(保留2位有效数字) 解析：(1)根据d＝，油酸未完全散开，油酸分子层的面积测量值偏小，故计算结果明显偏大，故A正确；油酸中含有大量的酒精不会影响直径的测量，因为油酸本来就是要加入酒精稀释的，故B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，油酸分子层的面积测量值偏小，故计算结果明显偏大，故C正确；求每滴溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数误多记了10滴，使得一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积计算值偏小，故计算结果明显偏小，故D错误。 (2)油酸膜的面积 S＝nL2＝40×0.012 m2＝4.0×10－3 m2 每一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积 V0＝××10－6 m3＝5.0×10－12 m3 估测出油酸分子的直径 d＝＝ m≈1.3×10－9 m。 答案：(1)AC　(2)4.0×10－3　5.0×10－12 1．3×10－9 学科网（北京）股份有限公司 $