第1章 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小（学用word）-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，系统梳理实验目的、原理、器材、步骤及数据处理，以单分子油膜模型为核心，通过测量油酸体积与油膜面积估算分子直径，搭建微观量间接测量的学习支架。 该资料设计完整，含误差分析与多类型例题，体现科学思维中的模型建构（将油酸分子视为球形单分子层）和科学探究（严谨实验步骤与误差控制）。例题从原型到创新（如类比估算铁原子直径），课中辅助教师实验教学，课后帮助学生巩固方法，查漏补缺。

2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验目的 1.估测油酸分子的大小。 2.学会间接测量微观量的原理和方法。 二、实验原理 油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开形成油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是　　　　分子。若把油膜分子视为　　　　，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的　　　　。只要测量出这一滴油酸的体积V和油膜的面积S，就可估算出油酸分子的直径d＝　　　　。 三、实验器材 　清水、酒精、　　　　、量筒、浅盘（边长约为30～40 cm）、滴管、玻璃板、彩笔、爽身粉（或石膏粉）、坐标纸、烧杯。 四、实验步骤 1.取1 mL的油酸溶于酒精中，制成500 mL的　　　　　溶液。 2.计算一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积：用注射器向量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液（浓度已知），记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V'＝　　　 mL，则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝× mL。 3.在浅盘中倒入约2 cm深的水，将爽身粉　　　　地撒在水面上。 4.将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的水面上。 5.待油膜形状　　　　后，将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。 6.根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内的正方形的　　　　，不足半个的舍去，多于半个的算一个。用正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。 五、数据处理 1.一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）。 2.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝　　（η为油酸的浓度）。 3.油酸薄膜层的面积S＝　　　　（n为有效个数，a为小正方形的边长）。 4.分子直径d＝　　　　（代入数据时注意单位的统一）。 六、注意事项 1.浅盘里水离盘口面的距离应小些，并要水平放置，以便准确地画出油膜的形状，画线时视线应与板面垂直。 2.爽身粉的用量不要太多，否则油膜无法充分展开，导致最终测量结果偏大。 3.测量一滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几滴，数出对应的毫升数，这样求平均值时误差较小。 4.要待油膜形状稳定后再画轮廓。 5.做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦拭，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。 七、误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 测量油膜面积不准确 使用的坐标纸的方格要小一些，液面稳定后再测量面积 系统误差 油膜不是单分子排列 使油酸酒精溶液的浓度小一些 类型一｜教材原型实验 【例1】　（1）如图所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是　　　　（用符号表示）。 （2）用“油膜法”来估测油酸分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些近似处理有：　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。 （3）本实验中采用了下列哪些科学方法　　　。 A.控制变量法 B.建立模型法 C.估算法 D.转换法 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例2】　在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，某同学的操作步骤如下： Ⅰ.取一定量的酒精和油酸，配制成一定浓度的油酸酒精溶液。 Ⅱ.用注射器将配制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。 Ⅲ.在浅盘内盛一定量的水，在水面上先撒上爽身粉，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定。 Ⅳ.在浅盘上覆盖玻璃板，　　　　　，用透明方格纸测量油膜的面积。 （1）请将步骤Ⅳ补充完整：　　　　　　　。 （2）实验中，用体积为a的纯油酸配制成体积为b的油酸酒精溶液，现已测得一滴油酸酒精溶液的体积为c，将一滴油酸酒精溶液滴入盛有水的浅盘中，油膜充分展开后的面积为S，则估算油酸分子的直径为　　　　。 （3）若实验中测得的油酸分子直径偏小，则其原因可能是　　　　（填选项前的字母）。 A.油酸未完全展开 B.计算油膜的面积时，将不完整的方格作为完整方格处理 C.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【例3】　在“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薄膜的轮廓，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。试求： （1）油膜的面积为　　　　； （2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为　　　　　； （3）按以上实验数据估测出油酸分子的直径为　　　　； （4）某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 方法归纳 用油膜法估测油酸分子的大小的三个关键 （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。 类型二｜拓展与创新实验 【例4】　（1）如图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）。 （2）某教师为“用油膜法估测油酸分子的大小”实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22 m2的蒸发皿、滴管、量筒（50滴油酸酒精溶液滴入量筒体积约为1毫升）、纯油酸和无水酒精若干。已知分子直径数量级为10－10 m，则该教师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为　　　　‰（保留两位有效数字）。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 创新分析 题（1）类比用油膜法估测油酸分子的大小的方法估算铁原子的直径，虽然计算方式不同，但科学方法相通。 题（2）属于思维方式的创新，在限定蒸发皿面积的情况下，求配制的油酸酒精溶液的最大浓度，虽仍然遵循相关实验原理，但必须逆向思维得出正确结论。 【走近高考】　 【例5】　（2024·上海高考1题）通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为（　　） A.10－15 m B.10－12 m C.10－9 m D.10－6 m 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：完成课后作业　第一章　2. 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章　分子动理论 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小 【实验基础落实】 二、单层油膜　球体　直径　 三、油酸 四、1.油酸酒精　2.　3.均匀　5.稳定　6.个数 五、1.　2. ηV′　3.na2　4. 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小 【实验技能培养】 【例1】　（1）DACB　（2）①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙　（3）BCD 解析：（1）“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配置油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径，则操作先后顺序应是DACB。 （2）在用“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，我们近似认为：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙。 （3）实验中把油酸分子看成一个紧挨着一个的球形，采用了建立模型法，测量油膜的面积时，通过数坐标纸上的格数（大于半格算一个，小于半格忽略不计）来确定油膜的面积，采用了估算法，整个实验把较难测量的分子直径转化为较易测量的油酸体积、油膜面积，采用了转换法，本实验中并未体现控制变量法的使用，A错误，B、C、D正确。 【例2】　（1）描出油膜形状　（2）　（3）B 解析：（1）在浅盘上覆盖玻璃板，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜面积。 （2）一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V=，则油酸分子的直径为D==。 （3）油酸未完全散开会导致计算的面积偏小，得到油酸分子直径的测量值偏大，A错误；计算油膜的面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则测得的面积偏大，则油酸分子直径的测量值偏小，B正确；将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，则得到的油酸分子直径的测量值偏大，C错误。 【例3】　（1）106 cm2　（2）8×10－6 cm3　（3）7.5×10－10 m　（4）①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩 解析：（1）根据图中的轮廓可知，油膜面积为S=106×1 cm2=106 cm2。 （2）由1 mL油酸酒精溶液为75滴，可知1滴该溶液的体积为 mL，又已知每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，则1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V=× mL=8×10－6 cm3。 （3）油酸分子直径为d== cm=7.5×10－8 cm=7.5×10－10 m。 （4）主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩；②油酸酒精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩。 【例4】　（1）9.4×10－10　（2）1.1 解析：（1）设铁原子的直径约为d，圆周直径为D，则 根据题意得2π∙=48d 代入数据得铁原子的直径d=9.4×10－10 m。 （2）设浓度为η，根据题意，浓度最大时，单分子油膜恰好占满整个蒸发皿 由=d代入数据得 m=10－10 m 解得η=1.1‰。 【例5】　C　通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为10－10 m或10－9 m，故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $