2. 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，系统呈现实验原理、操作步骤、数据处理及误差分析。通过水珠中分子数量与地球人口对比导入，衔接分子动理论三大基石，搭建从宏观现象到微观尺度的学习支架。 其亮点在于以模型建构（单分子层油膜模型）和科学探究（油酸稀释、油膜制备等步骤）为核心，结合误差分析与分层练习，培养科学思维与严谨态度。学生能掌握间接测量微观量的方法，教师可直接使用完整实验方案与练习题，提升教学效率。

第一章 分子动理论 选择性必修三•人教版 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 本章将揭开物质最深邃的密码：从花粉颗粒的“布朗之舞”，到分子间引力的牵绊与斥力的对抗，我们将探寻“分子动理论”的三大基石——物质由大量微粒构成、微粒永不停息地无规则运动、微粒间存在复杂相互作用。这些原理如同交响乐的谱线，将微观粒子的混沌运动编织成宏观世界的秩序。当你透过实验与推演凝视这个活跃的微观宇宙，便会发现：每一粒尘埃都承载着星辰般的壮阔，每一寸寂静都暗藏永恒的沸腾。 导入新课 分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3 mm左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍！ 物理观念 掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。 科学思维 通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。 科学探究 通过测量油酸分子在水面形成的单分子层厚度（即分子直径），理解分子的微观尺度，并掌握间接测量微观量的科学方法。 科学态度 与责任 联系生活中 “宏观测微观” 的科学应用，体会微观理论对宏观实验的指导价值；激发探索物质微观结构与尺度的兴趣，培养严谨操作、如实记录数据的科学探究态度。 学习目标 重点难点 重点 油膜法估测分子大小的实验原理（单分子层油膜模型、宏观量与微观量的关联）；实验操作的核心步骤（油酸稀释、油膜制备、面积测量）。 难点 单分子层油膜模型的合理性分析（如何判断油膜是单分子层）；实验误差的来源与减小方法（如油膜边界模糊、体积测量偏差的处理）。 一、实验原理 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 一、实验原理 单分子油膜层 忽略分子间隙 分子都是球形 原理：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，如果把油酸分子简化成球形，则油膜的厚度即为油酸分子的直径。 一、实验原理 实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,从而获得纯油酸形成的油膜。 二、物理量的测量 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 二、物理量的测量 例如向1mL油酸中加入酒精，直至总体积为500mL，油酸占油酸酒精溶液体积比为2‰. 用注射器吸取1mL的油酸酒精溶液，将溶液一滴一滴滴入烧杯，记下液滴数为N。 1滴油酸酒精溶液体积为 V0=1mL/N 1滴溶液中纯油酸体积为 V=V0×2‰ 二、物理量的测量 1.将爽身粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面上散开，形成一块薄膜，薄膜上没有爽身粉，可以清楚地看出它的轮廓。 2.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。 3.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。 二、物理量的测量 描绘出油膜轮廓后，数出轮廓范围内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。油膜面积等于正方形面积乘以正方形个数。 算作一个正方形 算作一个正方形 舍去 二、物理量的测量 二、物理量的测量 三、数据分析 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 三、数据分析 三、数据分析 1.油酸酒精溶液的体积浓度比： 2.一滴油酸酒精溶液的平均体积：　　　 3.一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积： 四、数据分析 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 四、误差分析 1.配制油酸酒精溶液时，由于油滴大小不一而引起误差 2.纯油酸体积的计算引起的误差 3.油膜未完全展开而形成的误差 4.描画油酸薄膜的轮廓及油膜面积的计算造成的误差等 五、注意事项 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 五、注意事项 1.实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净；实验时，吸取油膜、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.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。 五、注意事项 3.本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。 4.爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于1/1000为宜。 5.向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜轮廓难以形成。 六、课堂总结 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 实验：用油膜法估算油酸分子的大小 一、实验思路 二、实验器材 三、实验步骤 四、数据分析 五、误差分析及注意事项 实验原理： 多数分子大小的数量级为10－10 m 配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉、注射器、烧杯、带有坐标方格的玻璃板、彩笔 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 七、练习与应用 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 七、练习与应用 1.某实验小组完成“用油膜法测油酸分子的大小”实验． (1)该实验中的理想化假设是________． A．将油膜看成单分子层油膜 B．不考虑各油酸分子间的间隙 C．不考虑各油酸分子间的相互作用力 D．将油酸分子看成球形 七、练习与应用 (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：________(用字母符号表示)． 七、练习与应用 (3)某次实验配置油酸酒精溶液时，油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸5 mL，用注射器测得0.5 mL上述溶液有100滴，则一滴油酸的体积为________ mL．把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，测得油膜的近似轮廓如图所 示，轮廓线内约________格．图中正方形小方格的边长为2 cm，油膜的面积为______cm2，则油酸分子的直径是______m(保留2位有效数字)． 七、练习与应用 (4)四个同学各自实验时都发生了一个操作错误，导致最后所测分子直径偏大的是 (　　) A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了 B．乙同学用注射器测得102滴油酸酒精的溶液为0.5 mL，不小心错记录为100滴 C．丙同学在计算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取一溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗 D．丁同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格 七、练习与应用 【答案】(1)ABD　(2)DBFEC　(3)2.5×10－5　62(61～64皆可)　248　1.0×10－9　(4)AB 七、练习与应用 2.某同学做“用油膜法估测分子的大小”实验． (1)下列说法中正确的是________． 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．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小 C．计算油膜面积时将所有不完整的方格当做完整方格计入，会使实验结果偏小 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 六、练习与应用 (2)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＝________． (3)某同学在配制一定浓度的油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，因此导致所测的分子直径将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)． (4)若阿伏伽德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为ρ0，则体积为V的油酸所含分子数为________． 八、提升训练 2.实验：用油膜估测油酸分子的大小 八、提升训练 1.(2024年南京月考)在“油膜法估测油酸分子大小”的实验中，有下列实验步骤： ①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； ②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； 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，记下量筒内一定体积时的总滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积； 八、提升训练 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④________．(填写步骤前面的数字) (2)实验中要让油酸在水面尽可能散开，形成单分子油膜，并将油膜分子看成球形且紧密排列，体现的物理思想方法为(　　) A．控制变量法　　B．等效替代法　　C．理想模型法 八、提升训练 (3)甲组同学在实验时，滴下油酸溶液后，爽身粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的原因可能是(　　) A．盆中装的水量太多 B．爽身粉撒得太多，且厚度不均匀 C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层 (4)乙组同学将1 mL的油酸溶于酒精，制成1 000 mL的油酸酒精溶液；测得0.5 mL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，测得所形成的油膜的面积是135 cm2.由此估算出油酸分子的直径为________m．(计算结果保留2位有效数字) 八、提升训练 (5)丙组同学在实验中，在求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数少计了5滴，计算出的分子直径________(填“偏大”“偏小”或“不变”). 【答案】(1)②①⑤③　(2)C　(3)B　(4)7.4×10-10　(5)偏大 八、提升训练 2.在做“用油膜法估测分子大小”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，用量筒和注射器测得60滴这样的溶液为1 mL，用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里，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，如图所示．图中正方形小方格的边长为2 cm.(计算结果均保留2位有效数字) (1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______ mL. (2)根据上述数据及图中的面积，估测出油酸分子的直径是________m. 八、提升训练 (3)下列说法正确的是(多选)(　　) A．选用油酸酒精溶液而不是纯油酸，目的是让油酸尽可能散开，形成单分子油膜 B．若油酸没有充分散开，油酸分子直径的计算结果将偏小 C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，油酸分子直径的计算结果将偏大 D．在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，油酸分子直径的计算结果将偏小 【答案】(1)1.7×10-5　(2)7.1×10-10　(3)AC 八、提升训练 3．(2025年潍坊期中)某同学在用油膜法估测油酸分子直径大小的实验中，进行了如下操作： A．将配好的油酸酒精溶液一滴滴地滴入量筒中，记下50滴溶液的体积为2 mL； B．向浅盘中倒入适量的水，并向水面均匀地撒入痱子粉； C．将1 mL纯油酸加入酒精中，得到2×103 mL的油酸酒精溶液； D．把玻璃板放在坐标纸上，计算出薄膜的面积； E．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓； F．按照得到的数据，估算出油酸分子的直径． 八、提升训练 (1)上述操作正确的顺序是________(填步骤前的字母). (2)将描出油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示． 已知坐标纸中正方形小方格的边长为2 cm，则本次实验测得 的油酸分子直径大小约为________m (计算结果保留2位有效数字). (3)若实验时痱子粉撒得太厚，会导致所测的分子直径__________ (填“偏大”或“偏小”). (4)若已知纯油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，在测出油酸分子直径d后，还可以继续测出阿伏加德罗常数NA＝______________(用题中给出的物理量的符号表示). 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 Lavf58.50.100 $