1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 学案 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 1. 掌握油膜法估测油酸分子大小的方法． 2. 会计算油酸分子直径． 3. 会分析产生实验误差的原因． 【活动方案】 油酸的分子式为C17H33COOH，无色透明，油酸分子中的一部分是羧基—COOH，它对水有较强的亲合力，而另一部分烃基C17H33—对水没有亲合力，要冒出水面．因此，油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜，如图所示．阅读教材，思考下列问题： 1. 如何估算油酸分子的大小？ 2. 实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？如何获得一滴油酸酒精溶液的体积V′？若油酸酒精溶液的浓度为η，写出一滴油酸酒精溶液里油酸的体积V. 3. 如何测量油膜的面积S? 4. 利用测出的物理量，写出计算油酸分子直径d的表达式． 5. 归纳实验需要的器材及实验步骤． (1)实验器材 盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、________、玻璃板、________、油酸酒精溶液、量筒、彩笔． (2)实验步骤 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，以下给出的是可能的操作步骤，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在横线上：___________________，并补充实验步骤D的计算式． A. 将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1 cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数n； B. 将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定； C. 用浅盘装入约2 cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上； D. 用测量的物理量估算出油酸分子的直径d＝________； E. 用滴管将事先配好的体积浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，记下滴入的溶液体积V0与滴数N； F. 将玻璃板平放在浅盘上，用彩笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上． 在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，104 mL油酸酒精溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL上述溶液有50滴．把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水的浅盘里，待油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm. (1)油膜的面积是多少？ (2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？ (3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径．(结果保留两位有效数字) 1. 完成表格，了解该实验产生的偶然误差与系统误差． 产生原因 减小方法 偶然误差 系统误差 　　2. 为了减小“油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的有________． A. 用注射器向量筒中滴入100滴油酸酒精溶液，并读出量筒里这些溶液的体积恰为整数V1，则每滴溶液的体积为V2＝ 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些 C. 先在浅盘内的水中撒入一些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液滴1滴在水面上 D. 用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状 E. 计算油膜面积时舍去所有不足一个的方格 3. 思考： (1)实验中为什么在水面上撒痱子粉？ (2)某实验小组在实验中出现如图所示的油膜形状(痱子粉开裂)，请分析该现象产生的原因． 【检测反馈】 1. 在“用油膜法估测分子大小”的实验中，下列说法正确的是(　　) A. 实验时观察到油膜的面积先增大后不变 B. 将油酸分子看成球形且紧密排列，体现的是等效替代法的物理思想方法 C. 用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量杯，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴溶液中含有纯油酸10-2 mL D. 在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多记了几滴，分子直径的计算结果将偏小 2. 如图所示是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤： 甲　描绘油膜轮廓 乙　撒痱子粉 丙　配制油酸酒精溶液 丁　向浅盘中滴油酸酒精溶液 (1)下列有关该实验的说法正确的是________． A. 实验步骤正确的操作顺序是丙→丁→乙→甲 B. 图乙中撒痱子粉是为了防止滴入溶液时液体飞溅出来 C. 图丙配制溶液时浓度要大一些，1滴溶液才能在水面形成足够厚的油膜便于测量 D. 油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度 (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.1%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，滴入浅盘中的纯油酸体积为________mL.(结果保留两位有效数字) (3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液后得到以下油膜形状，对油膜形状的分析正确的是________． a b c A. 图a油膜比较理想，油膜与痱子粉边界清晰，且边界线大致为直线，便于绘制边界 B. 图b油膜不理想，痱子粉撒的太少且不均匀，导致边界不清，不便绘制边界 C. 图c油膜满足实验要求，油膜边界比较清晰，痱子粉撒得比较均匀 3. 在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，油酸酒精溶液的浓度约为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL.用注射器测得1 mL上述溶液为75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待油膜稳定后，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，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm. (1)油酸膜的面积是多少？ (2)求每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积； (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径．(结果保留两位有效数字) 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. 想办法测出油酸的体积与油膜的面积，就可以测出油酸分子的直径．把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上，油酸在水面上形成油酸薄膜，将其认为是单分子层，且把分子看成球形，油膜的厚度就是油酸分子的直径d，测出油膜面积S，则油酸分子直径 d＝. 2. 用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜，同时酒精易挥发，不影响测量结果．用注射器取出按一定比例配制好的油酸酒精溶液，缓缓推动活塞，使溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加一定体积V1时的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V′＝.一滴油酸酒精溶液中的油酸体积V＝V′η. 3. a. 在水平放置的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上，再用注射器将配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上； b. 待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板平放到浅盘上，然后用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上； c. 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油膜的面积S(以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓范围内的正方形个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个). 4. d＝.(代入数据时注意单位的统一) 5. (1)坐标纸　痱子粉(或细石膏粉) (2)ECBFAD　 解析：(2)根据实验步骤可知合理的顺序为ECBFAD.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 ×0.05%，S＝n×10-4 m2，所以分子的直径 d＝×0.05%＝. 活动二： (1)数出在油膜轮廓范围内的格子数(面积大于半个方格的算一个，不足半个方格的舍去不算)为58个，油膜面积约为S＝58×(0.02)2 m2＝2.32×10-2 m2. (2)因为50滴油酸酒精溶液的体积为1 mL，且能求出溶液中含纯油酸的浓度为η＝＝6×10-4，故每滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V0＝η＝×6×10-4 mL＝1.2×10-11 m3. (3)把油膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为d＝＝ m≈5.2×10-10 m. 活动三： 1. 产生原因 减小方法 偶然误差 数不完整格数时，对不足半格的判断存在误差 数出全部不完整的格数n，它们相当于有个完整的格数 系统误差 油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形状有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值 2. ABC　测量多滴溶液的体积和溶液的滴数，以减小读数误差，A正确；水面离盘口距离小些，可减小画油膜轮廓时的误差，B正确；滴入1滴液滴形成单分子油膜，C正确；用牙签拨弄油膜，会使油膜间有空隙，还会带走一部分油酸，D错误；舍去所有不足一个的方格，结果偏大，E错误． 3. (1)界定油膜大小的边界．　(2)痱子粉过厚． 【检测反馈】 1. D　实验时观察到油膜的面积先扩张后收缩，原因是油酸酒精溶液中的酒精溶于水中，故A错误；将油酸分子看成球形且紧密排列，体现的是理想模型法的物理思想方法，故B错误；用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量杯，若100滴溶液的体积是1 mL，则1滴油酸酒精溶液的体积为10-2 mL，含纯油酸的体积小于10-2 mL，故C错误；在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多记了几滴，则计算得出的一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积偏小，根据d＝，可知油酸分子直径的计算结果将偏小，故D正确． 2. (1)D　(2)1.0×10-5　(3)BC 解析：(1)图中实验步骤应先在浅盘的水面撒入痱子粉，后配制油酸酒精溶液，再向浅盘中滴入油酸酒精溶液，最后描绘油膜轮廓，即实验步骤正确的操作顺序是乙→丙→丁→甲，故A错误；图乙中撒痱子粉是为了更加精确描绘出油膜的轮廓，故B错误；图丙配制溶液时浓度要小一些，1滴溶液才能在水面形成单分子油膜层，便于精确测量，故C错误；实验中的酒精容易挥发，油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度，故D正确． (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.1%，用注射器测得100滴这样的油酸溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，滴入浅盘中的纯油酸体积为V＝×0.1% mL＝1.0×10-5 mL. (3)图a油膜不理想，痱子粉撒得过多，导致油膜过厚，没有形成单分子油膜，故A错误；图b油膜不理想，痱子粉撒的太少且不均匀，导致边界不清，不便绘制边界，故B正确；图c油膜撒得适量，满足实验要求，油膜边界比较清晰，痱子粉撒得比较均匀，故C正确． 3. (1)根据图中的轮廓可知，油膜面积 S＝107×1 cm2＝1.07×10-2 m2. (2)由1 mL溶液为75滴可知1滴溶液的体积为 mL，又已知每104 mL溶液中有纯油酸6 mL.则1滴溶液中含纯油酸的体积为 V＝× mL＝8×10-6 mL＝8×10-12 m3. (3)油酸分子直径 d＝＝ m＝7.5×10-10 m． 学科网（北京）股份有限公司 $