第1节 第2课时 实验：利用油膜法估测油酸分子的大小-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

第2课时　实验：利用油膜法估测油酸分子的大小 　　　　 第一章　第一节　物质是由大量分子组成的 1.能构建油膜单分子层模型，理解估测分子大小的原理。　 2.熟悉用油膜法估测油酸分子大小的实验步骤，并会估测分子的直径大小。　 3.知道引起测量分子大小的误差的原因，对其进行误差分析。 素养目标 探究过程 梳理要点 1 合作交流 应用拓展 2 课时测评 3 内容索引 2 3 4 5 6 1 探究过程 梳理要点 返回 1．实验原理 将油酸酒精溶液滴在水面上时，密度较小的油酸会在水面散开，形成极薄的一层油膜。若水面足够大，油膜展开的足够充分， 则油酸分子就会一个挨一个整齐地紧密排列在水面 上，形成单分子层油膜，如图所示。只需要测算出 一滴溶液中纯油酸的体积V和在水面形成的油膜面积S，根据d＝ 可算出油膜的厚度，即可估测出油酸分子的直径大小。 2．实验器材 一定浓度的油酸酒精溶液、滴管、量筒、痱子粉、纱网(或粉扑)、浅盘(约30 cm×40 cm)、水、带有网格线的透明塑料盖板、彩笔等。 3．实验步骤 (1)测量算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ①配制体积分数为0.2%的油酸酒精溶液。 ②如图甲，用滴管吸取一定量的油酸酒精溶液，再把它一滴一滴 地滴入量筒中，记下液滴的总滴数、量筒内溶液的体积，利用总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积。 ③根据溶液体积分数计算1滴油酸酒精溶液中油酸体积的平均值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如图乙所示，在水平放置的浅盘中倒入约2 cm深的水，用纱网(或粉扑)将适量痱子粉均匀地轻轻撒在水面上。 ②如图丙所示，用滴管将1滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，油酸立即在水面散开，形成一块油膜，通过痱子粉可以清楚地看出油膜的轮廓。 ③如图丁所示，待油膜形状稳定后，在浅盘上盖上带有网格线的透明塑料盖板，用彩笔描出油膜的轮廓。 ④根据画有油膜轮廓的塑料盖板上的坐标方格，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)。 ⑤把正方形的个数乘单个正方形的面积就估算出油膜的面积S。 ⑥洗净浅盘，擦去塑料盖板上的油膜轮廓线，重复实验2～3次。将实验数据填入设计的表格中。 4．数据处理 (1)根据表格中记录的数据，利用公式d＝ 计算出油酸分子的直径，并取平均值。 (2)该实验借用宏观的体积、面积来估测微观的分子直径，这是一种借宏观量来研究微观量的方法。 5．注意事项 (1)油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免酒精挥发使浓度改变，造成较大的实验误差。 (2)实验前应注意检查浅盘是否清洗干净，痱子粉应均匀撒在水面上。 (3)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。 (4)油膜扩散后由于酒精的挥发又会收缩，要在油膜的形状稳定后再描轮廓。 (5)计算轮廓范围内正方形的个数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 返回 合作交流 应用拓展 返回 (2025·广东广州华南师大附中高二期中)某实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (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．将油酸分子看成球体 例1 该实验中的理想化假设是：①油膜是呈单分子层分布的；②把油酸分子看成球体；③分子之间空隙不计。故选ABD。 √ √ √ 一 教材原型实验 (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)。 实验的步骤为：配制油酸酒精溶液(记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→撒痱子粉→滴油酸酒精溶液，形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径，因此操作先后顺序排列应是：DBFEC。 DBFEC (3)某次实验，配制油酸酒精溶液时，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，则一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为__________mL。 把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅 盘里，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，轮廓 线内约有________格；图中正方形小方格的边长为2 cm，油酸膜的面积为___________cm2；则油酸分子的直径是___________m。(最后一空结果保留2位有效数字) 2.5×10－5 64 256 9.8×10－10 (4)某次实验时，该小组四个同学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体积分数比计算值小了 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 √ √ 针对练．在“用油膜法估测油酸分子的直径”的实验中，某同学按如下步骤操作： A．在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液，测出其体积； B．在装有水、水面撒有适量痱子粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液，待油膜形状稳定； C．将玻璃板放在浅盘上，将油膜形状描绘在玻璃板上； D．将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸体积和面积计算出油酸分子的直径。 (1)其中不合理的操作步骤是________。 A 测一滴油酸酒精溶液体积的方法为：在量筒中滴入N滴溶液，测出其体积为V，则一滴该溶液的体积为V1＝ ，A不合理。 (2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是________。 A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓 B．有助于测量一滴油酸的体积 C．对油酸溶液起到稀释作用 D．有助于油酸的颜色更透明便于识别 √ 如果油酸不加稀释，形成的油膜面积很大，不便于测量，油酸可以溶于酒精，因此酒精溶液的作用是对油酸溶液起到稀释作用，A、B、D错误，C正确。 (3)已知油酸酒精溶液中油酸体积所占比例为k，n滴油酸溶液体积为V，一 滴油酸酒精溶液形成油膜的面积为S，则油酸分子的直径为________。 二　拓展创新实验 测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。 (1)在“利用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，制成250 mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向量筒中滴入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酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴入2滴溶液，在液面上形成油膜，待油膜稳定后，放上带有小方格的玻璃板并勾画出油膜轮廓，如图甲所示。 例2 小方格的大小为2 cm×2 cm，由图甲可以估算出油膜的面积为________ cm2，由此估算出油酸分子的直径为___________ m。(最后一空保留1位有效数字) 256　 8×10－10 (2)根据资料得知油酸分子的直径为4.6×10－10 m，则造成实验结果偏差的原因可能是________。 A．痱子粉撒得过多 B．勾画油膜轮廓时所画轮廓偏大 C．计算每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL溶液的滴数多数了几滴 D．在将溶液滴入量筒之前，配制好的溶液在空气中搁置了较长时间 √ 根据d＝ 可知水面上痱子粉撒得过多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致d的计算结果偏大，故A正确；计算油膜面积时，勾画油膜轮廓时所画轮廓偏大，则测量的面积S偏大，会导致d的计算结果偏小，故B错误；计算每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL溶液的滴数多数了几滴，则计算时所用体积V的数值偏小，会导致计算结果偏小，故C错误；将溶液滴入量筒之前，配制好的溶液在空气中搁置了较长时间，酒精挥发使油酸的实际体积分数变大，则计算时所用体积V的数值偏小，会导致计算结果偏小，故D错误。 (3)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片，这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10－8 m的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为____________ m。(结果保留2位有效数字) 9.4×10－10 返回 课 时 测 评 返回 1．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，没有使用到的研究方法是 A．累积法 B．模型法 C．估算法 D．控制变量法 √ 该实验采用的是借助物理模型间接测量的方法，测量1滴油酸酒精溶液体积用的是累积法，计算油膜面积用到了估算法，本实验没有用到控制变量法，故D正确。 2 3 4 5 6 1 √ 2．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，下列说法正确的是 A．为便于形成单分子层油膜，配成的油酸酒精溶液体积分数要大一些 B．为清晰显示油膜的边界，应该在滴入油酸酒精溶液后撒上痱子粉 C．如果将滴入的油酸酒精溶液体积作为纯油酸体积进行计算，会导致测量结果偏小 D．为减小实验误差，选用的透明塑料盖板上网格线要小一些 2 3 4 5 6 1 配成的油酸酒精溶液体积分数小一些，每滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积就少，在浅盘中形成的油膜的面积就小，更容易形成单分子层油膜，故A错误；为清晰显示油膜的边界，应该先撒上痱子粉再滴入油酸酒精溶液，故B错误；如果将滴入的油酸酒精溶液体积作为纯油酸体积进行计算，根据d＝ ，可知会导致测量的油酸分子的直径偏大，故C错误；为减小实验误差，选用的透明塑料盖板上网格线要密一些，由于轮廓采取估测法，因此方格越小误差越小，故D正确。故选D。 2 3 4 5 6 1 √ 3.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，规范正确操作后，画出如图所示的油膜形状。已知油酸酒精溶液的浓度为η，n滴溶液的体积为V，油膜面积为S，则 A．油酸分子的大小(直径)为 B．实验中，应先滴一滴油酸酒精溶液后再均 匀地撒上适量的痱子粉 C．若痱子粉撒得过厚，会导致分子直径测量值偏大 D．估测油膜面积时，将不足一格都当作一格计入面积，将导致所测分子直径偏大 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 4．(8分)某实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)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：D________(用字母符号表示)。 BFEC 2 3 4 5 6 1 “用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为：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；往浅盘里倒入约2 cm深的水，水面稳定后将适量痱子粉均匀撒在水面上；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；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；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。则排列顺序为DBFEC。 2 3 4 5 6 1 √ 出现该图样的可能原因是：痱子粉撒得太多，且厚度不均匀，导致油酸没有均匀排列开。故选B。 (2)某次实验时，滴下油酸溶液后，痱子粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是________。 A．浅盘中装的水量太多 B．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀 C．浅盘太小，导致油酸无法形成单分子层 2 3 4 5 6 1 由题图可知，油膜面积为S＝106×1 cm2＝106 cm2。 5.(8分)(2025·广东东莞高二期末)在做“用油膜法估 测分子的大小”的实验中，油酸酒精溶液的浓度约 为每100 mL溶液中有纯油酸0.06 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，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm。 试求： (1)油膜的面积为________cm2。 106 2 3 4 5 6 1 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为____________cm3。 8×10－6 2 3 4 5 6 1 (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径约为____________m(保留1位小数)。 7.5×10－10 2 3 4 5 6 1 6．(9分)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤如下： A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓中的方 格数(正方形小方格的边长为2 cm)，求油膜面积S(如图所示)； B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油膜的形状稳定后，将玻璃板放在盘上，用彩笔将油膜的形状画在玻璃板上； C．向浅盘中装入约2 cm深的水，并撒上痱子粉； D．用所学公式求出油膜厚度，即油酸分子的直径； E．在0.5 mL纯油酸中加入酒精，至油酸酒精溶液总体积为500 mL； F．用注射器或滴管将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，测得60滴溶液体积为1 mL。 2 3 4 5 6 1 (1)上述实验步骤的合理顺序是：______________。 上述实验步骤的合理顺序是：EFCBAD。 EFCBAD 2 3 4 5 6 1 (2)根据上述数据，每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是____________mL。(保留2位有效数字) 1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝ mL≈1.7×10－5 mL。 1.7×10－5 2 3 4 5 6 1 (3)根据上述数据及图中的面积，估测出油酸分子的直径是____________m。(保留2位有效数字) 估算油膜面积以超过半格为一格，小于半格舍去的原则，估算出题图中方格数为60格，则油酸薄膜面积为S＝60×22 cm2＝2.4×10－2 m2，因此 分子直径为d＝ m≈7.1×10－10 m。 7.1×10－10　 2 3 4 5 6 1 √ (4)在浅盘中的水面上撒上痱子粉，将1滴油酸酒精溶液滴入水中后，下列现象或判断正确的是________。 A．油膜的面积先扩张后又稍微收缩了一些 B．油膜的面积先快速扩张后慢慢趋于稳定 油酸酒精溶液没有完全展开前，油酸分子间所夹的酒精分子，既没有与水接触，也没有与空气接触，但是却增大了油酸的体积，使得展开后的面积较大，而一旦展开后，酒精分子溶于水或挥发，则油酸分子要填补原来酒精分子留下的空隙，所以油酸形成的油膜的面积又会略有收缩。故选A。 2 3 4 5 6 1 √ (5)关于本实验下列说法正确的有________。 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，形成单分子层油膜 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 E．结束实验时，需要将水从浅盘的一角倒出，在这个角的边缘会遗留少许油酸。为了保持浅盘的清洁，不影响下次使用，可以用适量清水清洗，并用脱脂棉擦去。 √ 2 3 4 5 6 1 酒精自身溶于水或挥发掉更易于油酸平铺成单层薄膜，使测量结果更精确，所以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，形成单分子层油膜，故A正确；计算油酸分子直径的公式为d＝ ，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积，油膜没有充分散开，则测量的S偏小，导致计算结果偏大，故B错误；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S将偏小，则得到的分子直径将偏大，故C正确；向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，则计算出的V偏大，d偏大，故D错误；油酸不溶于水，应用酒精清洗，故E错误。故选AC。 2 3 4 5 6 1 √ (6)该实验体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想化假设有________。 A．把油酸分子视为球体 B．油酸在水面上充分散开形成单分子层油膜 C．油酸分子是紧挨着的没有空隙 D．油酸不溶于水 本实验中理想化假设有：①让油膜尽可能散开，形成单分子层油膜；②把油酸分子看成球体；③不考虑分子之间的空隙。油酸本身不溶于水，不是理想化假设。故选ABC。 √ √ 返回 2 3 4 5 6 1 谢 谢 观 看 ！ 第一章　 　分子动理论 2 3 4 5 6 1 一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝× mL≈2.5×10－5 mL 按照“超过半格的算一个，不足半格的舍去”原则，可得共有64格，油酸膜的面积为S＝64×4 cm2＝256 cm2，估测出油酸分子的直径为d＝＝ cm≈9.8×10－10 m。 × ＝ $