2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小（导学案）物理人教版选择性必修第三册

第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 物理观念：理解分子模型，知道分子直径的数量级。知道用分子的球形模型建立水面上油酸的单分子油膜的模型。 科学思维：学会用油膜法估测分子大小。理解用单分子油膜测量油酸分子直径的公式。 科学探究：能针对真实情境提出与实验相关的物理问题，并做出有依据的假设。能在他人的帮助下，设计实验方案。能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜面积。能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。能撰写规范的实验报告，在报告中能呈现实验表格、数据分析过程及实验结论。 科学态度与责任：学会坚持实事求是的态度，用实验方法探究问题，培养探索科学的兴趣。在提高实验设计能力和估算能力的同时，体会物理研究中估测的重要性，知道人类认识自然是有不同层次的。能感受用常规方式认识微观世界的实验设计的美妙。 1.单分子的模型建构，体会利用宏观量的测量推算出微观量大小的方法(重点)。 2.实验操作与数据的处理(难点)。 【知识回顾】 第1节 分子动理论的基本内容 一、物体是由大量分子组成的 1.物体是由 组成的。 2.阿伏加德罗常数：NA＝ mol－1。 3.两种分子模型 (1)球体模型：分子直径d＝ ＝ (V0为分子体积)。 (2)立方体模型：气体分子间的平均距离d＝ ＝ (V0为每个气体分子所占据空间的体积)。 二、分子热运动 1.扩散现象：不同种物质能够彼此 的现象。 2.布朗运动：悬浮在液体(或气体)中固体微粒的 运动。 3.热运动：分子永不停息的 运动。 三、分子间的作用力 1.分子间有空隙 2.分子间的作用力 四、分子动理论 1.分子动理论的定义 2.分子动理论的基本内容 物体是由 组成的，分子在做 的无规则运动，分子之间存在着 。 【自主预习】 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验思路 把滴在水面上的油酸层当作 油膜层。 ①模型化②理想化③估算d＝ 二、物理量的测量 1.测量1滴油酸酒精溶液中 的体积V 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的 3.单分子油酸的直径d＝ 三、数据分析 1.计算方法 2.除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为 m。 四、误差分析 1.油酸酒精溶液浓度 2.形成的油膜不是 油膜 3.纯油酸体积的计算误差 4.油膜的面积S测算产生的误差 思考与讨论 1.同学们想一想，有什么方法可以测量出绿豆的直径呢？ 2.如果我们测量出这单层的绿豆的面积，那么如何计算绿豆的直径？同学们小组之间可以讨论一下。 3.对于固体和液体的分子，我们都无法轻易地获得单分子膜，如果我们将一种液体滴在水面上，这种液体可以迅速在水面上扩散成一层单分子油膜，那么这种液体需要具备哪些性质？ 4.小组总结归纳实验过程。 例1．在“油膜法”估测分子大小的实验中，认为油酸分子在水面上形成的是单分子层，这体现的物理思想方法是（ ） A.等效替代法 B. 控制变量法 C. 理想模型法 D. 累积法 例2 (2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是_________________________________________________________。 实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以 __________________________________。 为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是____________________。  1.把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，调节盐水的密度，使薄膜能在盐水中悬浮，此时盐水的密度为1.2×103kg/m3。用天平测出尺寸为10cm×20cm的这种塑料薄膜的质量是36g，请计算薄膜的厚度。 2.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，有两个非常巧妙的设计，请你借鉴这两个设计思路，完成以下实验： (1)现需要在一个烧杯中倒入食盐供以后做实验用，但现有的电子秤最小只能称的质量，怎么办？请定量地具体说明操作的步骤。 (2)有一小捆粗细均匀的细铁丝，要较精确地测量细铁丝的横截面积，你认为应该怎样测量？说出所需的器材和测量方法。 3.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每油酸酒精溶液中有纯油酸。用注射器测得58滴这样的溶液为。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，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。 （1）1 滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的 体积是多少？ （2）油膜的面积是多少？ （3）按以上数据，估算油酸分子的大小。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 物理观念：理解分子模型，知道分子直径的数量级。知道用分子的球形模型建立水面上油酸的单分子油膜的模型。 科学思维：学会用油膜法估测分子大小。理解用单分子油膜测量油酸分子直径的公式。 科学探究：能针对真实情境提出与实验相关的物理问题，并做出有依据的假设。能在他人的帮助下，设计实验方案。能操作并测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和在水面上形成的油膜面积。能够对实验数据进行处理，掌握“互补法”计算油膜面积。能撰写规范的实验报告，在报告中能呈现实验表格、数据分析过程及实验结论。 科学态度与责任：学会坚持实事求是的态度，用实验方法探究问题，培养探索科学的兴趣。在提高实验设计能力和估算能力的同时，体会物理研究中估测的重要性，知道人类认识自然是有不同层次的。能感受用常规方式认识微观世界的实验设计的美妙。 1.单分子的模型建构，体会利用宏观量的测量推算出微观量大小的方法(重点)。 2.实验操作与数据的处理(难点)。 【知识回顾】 第1节 分子动理论的基本内容 一、物体是由大量分子组成的 1.物体是由大量分子组成的。 2.阿伏加德罗常数：NA＝6.02×1023mol－1。 3.两种分子模型 (1)球体模型：分子直径d＝＝(V0为分子体积)。 (2)立方体模型：气体分子间的平均距离d＝＝(V0为每个气体分子所占据空间的体积)。 二、分子热运动 1.扩散现象：不同种物质能够彼此进入对方的现象。 2.布朗运动：悬浮在液体(或气体)中固体微粒的无规则运动。 3.热运动：分子永不停息的无规则运动。 三、分子间的作用力 1.分子间有空隙 2.分子间的作用力 四、分子动理论 1.分子动理论的定义 2.分子动理论的基本内容 物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。 【自主预习】 第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验思路 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层。 ①模型化②理想化③估算d＝ 二、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 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 3.单分子油酸的直径d＝ 三、数据分析 1.计算方法 2.除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10m。 四、误差分析 1.油酸酒精溶液浓度改变 2.形成的油膜不是单分子油膜 3.纯油酸体积的计算误差 4.油膜的面积S测算产生的误差 思考与讨论 1.同学们想一想，有什么方法可以测量出绿豆的直径呢？ 答案 可以用刻度尺测量出n个绿豆的总长度，然后用总长度除以n。 2.如果我们测量出这单层的绿豆的面积，那么如何计算绿豆的直径？同学们小组之间可以讨论一下。 答案 绿豆的厚度d乘以面积S，即为绿豆的体积V。厚度d也是绿豆的直径，所以绿豆的直径d＝。 3.对于固体和液体的分子，我们都无法轻易地获得单分子膜，如果我们将一种液体滴在水面上，这种液体可以迅速在水面上扩散成一层单分子油膜，那么这种液体需要具备哪些性质？ 答案 不溶于水且亲水性较强。 4.小组总结归纳实验过程。 （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 （3）计算单分子油酸的直径d＝ 例1．在“油膜法”估测分子大小的实验中，认为油酸分子在水面上形成的是单分子层，这体现的物理思想方法是（ ） A.等效替代法 B. 控制变量法 C. 理想模型法 D. 累积法 答案 C 例2 (2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是_________________________________________________________。 实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以_______ _______________________________________________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是____________________。  答案 稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜;为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。为得到油酸分子的直径,我们还需测量出单分子层油膜的面积。 1.把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，调节盐水的密度，使薄膜能在盐水中悬浮，此时盐水的密度为1.2×103kg/m3。用天平测出尺寸为10cm×20cm的这种塑料薄膜的质量是36g，请计算薄膜的厚度。 答案 解析 由平衡条件 塑料薄膜的体积为 解得薄膜的厚度为 代入数值得 2.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，有两个非常巧妙的设计，请你借鉴这两个设计思路，完成以下实验： (1)现需要在一个烧杯中倒入食盐供以后做实验用，但现有的电子秤最小只能称的质量，怎么办？请定量地具体说明操作的步骤。 (2)有一小捆粗细均匀的细铁丝，要较精确地测量细铁丝的横截面积，你认为应该怎样测量？说出所需的器材和测量方法。 答案 (1)①用电子秤称取1g食盐，②将此食盐在量筒中加水溶解至100mL，③用细管取1mL溶液至蒸发皿，加热，待水蒸发完后，得到的食盐就是0.01g。 (2)器材：刻度尺、水、量筒、一段金属丝（5m左右）。 测量方法：①用刻度尺测出金属丝的长度L ，②将金属丝浸入盛有一定量水的量筒中，记录体积变化量V，③根据体积公式得出金属丝的横截面积为 。 3.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每油酸酒精溶液中有纯油酸。用注射器测得58滴这样的溶液为。把1滴这样的溶液滴入盛水的浅盘里，等油膜形状稳定后，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。 （1）1 滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的 体积是多少？ （2）油膜的面积是多少？ （3）按以上数据，估算油酸分子的大小。 答案 解析 [1]1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积为 [2]油膜的轮廓中大约有258个小方格，故油膜的面积为 [3]油膜可看成是单分子油膜，油膜的厚度可认为是油酸分子的直径，则油酸分子的大小为 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $