第1章 第2节 实验用油膜法估测油酸分子的大小（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第2节　实验:用油膜法估测油酸分子的大小 (实验课——基于经典科学探究) 一、实验装置 二、实验原理 　　当把1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,其中的酒精溶于水中并很快挥发,在水面上形成一层纯油酸的单分子层油膜,如图所示。如果把油酸分子看成球形,单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径。 实验中如果算出一定体积V的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S,即可算出油酸分子直径的大小,即d=。 一、实验步骤 1.用稀酒精溶液及清水清洗浅盘,充分洗去油污、粉尘,以减少实验误差。 2.配制油酸酒精溶液:取油酸1 mL,注入500 mL的容量瓶中,然后向容量瓶内注入酒精,直到液面达到500 mL刻度线为止,摇动容量瓶,使油酸分子充分与酒精分子混合,这样就得到了浓度为0.2%的油酸酒精溶液。 3.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,再把注射器中的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入烧杯中,并记下液滴的总滴数N。 4.向浅盘里倒入约2 cm深的水,并将爽身粉均匀地撒在水面上。 5.用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液。 6.待油膜的形状稳定后,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下油膜的形状。 7.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,不足半个的舍去,多于半个的算一个,算出油膜的面积S。 8.根据油酸酒精溶液的浓度,算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,并代入公式d=算出油膜的厚度d。 9.重复以上实验步骤多测几次油膜的厚度,并求平均值,即为油酸分子的直径。 二、数据处理 　　在实验中由d=计算油酸分子的直径,V是经过换算后1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。各物理量的计算方法如下: 1.1滴油酸酒精溶液的体积V'=(N为滴数,VN为N滴油酸酒精溶液的体积)。 2.1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=V'×η(η为油酸酒精溶液的浓度)。 3.油酸薄膜层的面积S=na2(n为小正方形有效个数,a为小正方形的边长)。 4.注意单位的统一。 [关键点反思] 1.油酸中加酒精配制成油酸酒精溶液的目的是什么? 提示: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层油膜,同时酒精易挥发,不影响测量结果。 2.实验中为什么要将爽身粉均匀地撒在水面上? 提示:为了得到边缘清晰的油膜。 3.如何测出油膜散开后形成的不规则图形的面积? 提示:(1)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,在玻璃板上描下薄膜的形状。 (2)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,不足半个的舍去,多于半个的算一个。 (3)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。 考法(一)　实验基本操作 　　[例1]　如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤: (1)有关该实验的下列说法正确的是　　　　。  A.图中的操作步骤顺序是:丙→丁→乙→甲 B.油酸酒精溶液配制好后,不能搁置很久才做实验 C.往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应立即描绘油膜轮廓 (2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.2%,用注射器测得100滴这样的油酸酒精溶液为1 mL,取1滴这样的溶液滴入浅盘中,则滴入浅盘中的纯油酸体积为　　　　cm3。  [解析]　(1)根据题意,由实验原理可知,题图所示的操作步骤为丙→乙→丁→甲,故A错误;油酸酒精溶液配制好后,不能搁置很久才做实验,避免酒精挥发,浓度发生变化,实验有误差,故B正确;往浅盘中滴入油酸酒精溶液后应等油膜形状稳定后再描绘油膜轮廓,故C错误。 (2)根据题意可知,1滴这样的溶液中的纯油酸体积为V=×0.2% mL=2.0×10-5 cm3。 [答案]　(1)B　(2)2.0×10-5 考法(二)　数据处理和误差分析 　　[例2]　(2025·广东深圳高二期中)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”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0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字) (1)油膜的面积是　　　cm2=　　　m2;  (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　m3;  (3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　m;  (4)某同学实验中得到的结果比大多数同学的结果偏大,出现这种结果的原因,下列说法可能正确的是______。 A.油酸中含有大量酒精 B.计算油膜面积时,所有不足一格的方格都作为整格计入 C.水面上爽身粉撒得较多,油酸未完全散开 [解析]　(1)油膜占有的格子数目为40,则油膜的面积是S=40×1×1 cm2=40 cm2=4.0×10-3 m2。 (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是V0=××10-6 m3=2.5×10-12 m3。 (3)油酸分子的直径是d=≈6.3×10-10 m。 (4)油酸中含有大量酒精,只要油酸酒精溶液配比正确,对实验结果没有影响,故A错误;计算油膜面积时,所有不足一格的方格都作为整格计入,导致油膜面积的测量值偏大,可知油酸分子直径的测量值偏小,故B错误;水面上爽身粉撒得较多,油酸未完全散开,导致油膜面积的测量值偏小,可知油酸分子直径的测量值偏大,故C正确。 [答案]　(1)40　4.0×10-3　(2)2.5×10-12 (3)6.3×10-10　(4)C [微点拨] 用油膜法估测油酸分子直径的三个关键 (1)获得一滴油酸酒精溶液的体积,并由配制浓度求出其中所含纯油酸的体积V。 (2)用数格子法(不足半个的舍去,多于半个的算一个,即“四舍五入”法)求出油膜面积S。 (3)由公式d=计算结果。其中V和S的单位均采用国际单位制中的单位,即体积V的单位是m3,面积S的单位是m2。 1.(多选)关于“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验,下列说法正确的是 (　　) A.将纯油酸稀释的目的是使油酸在水面上容易形成单分子层油膜 B.利用酒精稀释油酸,是因为酒精会挥发从而得到纯油酸油膜 C.该实验估算油酸分子大小时可将油酸分子简化为球形处理 D.油膜的直径等于1滴油酸酒精溶液的体积除以它在水面上摊开的面积 解析:选ABC　油膜的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积除以它在水面上摊开的面积,D错误,A、B、C正确。 2.为了减小“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的误差,下列方法可行的是 (　　) A.用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液,并读出量筒里这些溶液的体积V1,则每滴油酸酒精溶液的体积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一些 C.先在浅盘水中撒些爽身粉,再用注射器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 解析:选B　测一滴油酸酒精溶液的体积时,如果100滴溶液的体积不是整体积数,那么估读的体积误差就大了,故A错误;使浅盘里的水面离盘口距离小一些,便于描油膜的轮廓,故B正确;多滴几滴能够使测量形成油膜的油酸体积更精确些,但多滴几滴以后会使油膜面积增大,可能使油膜不规则形状的一部分与浅盘壁相接触,这样油膜就不是单分子油膜了,故C错误;D项中的做法没有必要,并且牙签上沾有油酸,会使油酸面积测量误差增大,故D错误。 3.(2025·广东肇庆高二阶段练习)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验方法及步骤如下: ①向体积V油=0.5 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=1 000 mL; ②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=50滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL; ③先往边长为30~40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水; ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液; ⑤待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油膜的形状; ⑥将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓范围内小方格的个数N。 根据以上信息,回答下列问题: (1)在步骤　　　　　前(填写步骤的标号)缺少一个步骤,请补充完整:　　　　　 　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;  (2)如图所示,坐标纸中正方形方格的边长为1 cm,试求: ①油膜的面积是　　　　　cm2(结果保留三位有效数字);  ②按以上实验数据估测出油酸分子的直径是　　　　　m(结果保留两位有效数字)。  解析:(1)在步骤④前缺少一个步骤,该步骤是:将爽身粉均匀地撒在水面上。 (2)①题图中油膜轮廓中大约有135个小方格,则油膜的面积为S=135×12 cm2=135 cm2。 ②1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=××10-6 m3=1×10-11 m3 则油酸分子的直径为d== m≈7.4×10-10 m。 答案:(1)④　将爽身粉均匀地撒在水面上 (2)①135　②7.4×10-10 4.(2025·黑龙江哈尔滨高二期末)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为c,又用滴管测得N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线,再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上,测得油膜占有小正方形个数为n。 (1)用以上字母表示油酸分子直径的大小d=　　　。  在实验中,具体操作如下: Ⅰ.取油酸1.00 mL注入1 000 mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到1 000 mL的刻度为止,摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液; Ⅱ.用滴管吸取制得的溶液并逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数直到量筒中的溶液达到1.00 mL为止,恰好共滴了50滴; Ⅲ.在浅盘内注入蒸馏水,待水面稳定后将爽身粉均匀地撒在水面上,静置后用滴管吸取油酸酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,酒精挥发后,油酸在水面上散开形成一层油膜; Ⅳ.待油膜稳定后,测得此油膜面积为1.30×102 cm2,这种粗测方法是将每个分子视为球形,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜是由单层油酸分子组成,这层油膜的厚度即可视为油酸分子的直径。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是　　　　　mL。(结果保留两位有效数字)  (3)油酸分子直径是　　　m。(结果保留两位有效数字)  (4)某同学在做该实验时,发现计算的直径偏大,可能的原因是　　　　。  A.爽身粉撒得过多 B.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格 C.计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL溶液的滴数少记了几滴 D.在滴入量筒之前,配制的溶液在空气中搁置了较长时间 解析:(1)一滴该油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V0=c, 油膜的面积为S=na2, 油酸分子的直径为d==。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是 V0=× mL=2.0×10-5 mL。 (3)油酸分子的直径是 d== m≈1.5×10-9 m。 (4)爽身粉撒得过多,导致油膜无法充分展开,油膜面积测量值偏小,则油酸分子直径测量值偏大,故A正确;计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,导致油膜面积测量值偏小,则油酸分子直径测量值偏大,故B正确;计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL溶液的滴数少记了几滴,导致纯油酸体积测量值偏大,则油酸分子直径测量值偏大,故C正确;在滴入量筒之前,配制的溶液在空气中搁置了较长时间,由于酒精挥发,导致浓度增大,测量时,仍然按照较小浓度测量,使得一滴溶液中纯油酸体积的测量值偏小,则油酸分子直径测量值偏小,故D错误。 答案:(1)　(2)2.0×10-5　(3)1.5×10-9 (4)ABC 5.某小组同学在实验室做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验时,实验的方法及步骤如下: ①向体积V油=1 mL的油酸中加酒精,直至总体积达到V总=500 mL; ②用注射器吸取一段①中配制好的油酸酒精溶液,由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积为V0=1 mL,把它一滴一滴地滴入烧杯中,记下液滴的总滴数n=100滴; ③往边长为30~40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水,将爽身粉均匀地撒在水面上; ④用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油膜的形状; ⑤将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内的小方格的个数,小方格的边长l=20 mm。 根据以上信息,回答下列问题: (1)该同学有遗漏的实验步骤是　　　　,其正确做法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'=　　　　mL。  (3)油酸分子的直径d=　　　m(保留一位有效数字)。  (4)若爽身粉撒得过厚,则会使分子直径的测量结果偏　　　　(选填“大”或“小”)。  解析:(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤可简记为:“配→撒→滴→描→数→算”。由实验步骤可知,有遗漏的实验步骤是④,应待油膜形状稳定后,再将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油膜的形状。 (2)1滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积V'=× mL=2×10-5 mL。 (3)油膜的面积S=110×20×20×10-6 m2=4.4×10-2 m2,则油酸分子的直径d== m≈5×10-10 m。 (4)若爽身粉撒得过厚,油膜不能充分展开,则测量的油膜面积S偏小,导致测量结果偏大。 答案:(1)④　用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,待油膜形状稳定后,再将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油膜的形状　(2)2×10-5　(3)5×10-10　(4)大 学科网（北京）股份有限公司 $