第1章 第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦“用油膜法估测油酸分子大小”核心实验，以单分子油膜模型为基础，系统梳理实验原理（分子视为球体、无间隙）、操作步骤（溶液配制、体积测量、油膜面积计算）及数据处理（d=V/S），构建从原理到应用的学习支架。 资料通过实验操作与数据处理题型设计，强化科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力（误差分析、证据处理），如误差分析中讨论浓度、油膜面积对结果的影响。课中辅助教师引导实验细节，课后助力学生巩固方法，查漏补缺。

第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小 一、实验目的 1．估测油酸分子大小的数量级。 2．体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。 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，油酸会展开形成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸分子油膜。若把油酸分子视为球体，则单分子油膜的 厚度就近似等于分子的直径(如图所示)。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 油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。 四、实验步骤 1．用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如1 mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积 。 2．向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层爽身粉。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散并且形状稳定时，就近似形成了单分子油膜，如图所示。 3．将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。 4．将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的面积S。求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)。 5．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径。 五、数据处理 根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝ 算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子直径的大小。 计算方法如下： (1)一滴油酸酒精溶液的平均体积 ＝。 (2)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V＝×油酸酒精溶液的体积比。(体积比＝) (3)油膜的面积S＝n×1 cm2。(n为有效格数，小方格的边长为1 cm) (4)分子直径d＝。(代入数据时注意统一单位) 六、注意事项 1．实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，否则难以形成油膜；实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。 2．油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免改变浓度，造成较大的实验误差。 3．浅盘中的水应保持平衡，爽身粉应均匀地撒在水面上。爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。 4．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。 5．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸酒精溶液液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。 6．本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。 七、误差分析 本实验的误差通常来自以下几个方面： (1)油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差； (2)向浅盘内滴入1滴油酸酒精溶液后，没有形成单分子油膜，产生误差； (3)油滴的体积的测量产生误差； (4)数出配制好的油酸酒精溶液1 mL的滴数时不准确，产生误差； (5)油膜形状的画线或数格数时不准确，计算油膜的面积有误差(每个方格面积越小，误差越小)。 题型一　实验操作 　某实验小组完成“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．将油膜看成单层分子油膜 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．将油酸分子看成球形 (2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精的作用是________。 A．可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓 B．对油酸溶液起到稀释作用 C．有助于测量一滴油酸的体积 D．有助于油酸的颜色更透明便于识别 (3)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作的先后顺序排列：D________(用字母符号表示)。 (4)某次实验时，滴下油酸溶液后，爽身粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的原因可能是________。 A．盆中装的水量太多 B．爽身粉撒得太多，且厚度不均匀 C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层 (5)某次实验时，该小组四个同学都发生了一个操作错误，其中导致最后所测分子直径偏大的操作是________。 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浓度比计算值小了 B．乙同学用注射器测得58滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为59滴 C．丙同学在计算出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滴溶液滴在水面上，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 [解析]　(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是成单分子层分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间空隙不计。故选ABD。 (2)由于油酸不溶于水，无论是否有酒精，油酸和爽身粉之间都会形成清晰的边界轮廓，故A错误；用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液，一滴溶液中所含油酸减少，实验时，酒精迅速溶于水，很容易形成单分子油膜，因此酒精起到稀释作用，故B正确；一滴油酸的体积和一滴溶液的体积测量方法相同，都是记下增加一定体积时的滴数，从而算出一滴的体积，与是否含有酒精无关，故C错误；油酸本身和油酸酒精溶液基本都是无色的，故D错误。 (3)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液(记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液中油酸的体积→准备浅水盘(向浅水盘内倒入清水，并在水面上均匀地撒一层爽身粉)→用滴管滴一滴油酸酒精溶液在浅盘上形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。因此操作先后顺序应是：DBFEC。 (4)出现题图所示的情况，是爽身粉撒得太多，导致油膜未完全展开，故选B。 (5)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浓度比计算值小了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值大，由d＝可得d变大，故A正确；乙同学用注射器测得58滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为59滴，这样算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，由d＝可得d变小，故B错误；丙同学在计算出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滴溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗，则一滴油酸酒精溶液的实际体积变大，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变大，对应的油膜面积S变大，但体积V还是按原来较细的注射器计算的，由d＝可得d变小，故C错误；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，计算出的油膜的面积S变大，由d＝可得d变小，故D错误。 [答案]　(1)ABD　(2)B　(3)BFEC　(4)B　(5)A 题型二　数据处理 　某同学用“油膜法”来粗略估测分子的大小，把一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，油酸分子就立在水面上，完成油酸分子大小测定。 (1)该同学用“油膜法”来粗略估测分子的大小，下列有助于较准确完成实验的理想化方法有__________。 A．分子都视为立方体 B．分子都能形成单分子油膜 C．分子都是一个一个紧挨着排列的 D．滴入的油酸酒精溶液是高浓度的油酸酒精溶液 (2)为了减小“用油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是________。 A．油酸未完全散开时开始描绘油膜轮廓 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．先在浅盘水中撒些痱子粉，再用滴管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 (3)现体积为a的纯油酸配制成体积为b的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个装有约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒。现用滴管从量筒中取体积为V的油酸酒精溶液，让其自由滴出，全部滴完共N滴。现用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，待油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去)。估算油酸分子直径的表达式为____________。 [解析]　(1)该同学用“油膜法”来粗略估测分子的大小，有助于较准确完成实验的理想化方法有：滴入的油酸溶液是稀释的油酸酒精溶液，可认为油酸分子都能形成单分子油膜，并将分子都视为一个一个紧挨着排列的球体，故B、C正确，A、D错误。 (2)为了减小“用油膜法估测分子的大小”的实验误差，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，要等油酸完全散开时开始描绘油膜轮廓，故B正确，A错误；先在浅盘水中撒些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上，等油酸分子自由扩散，形成稳定的单分子油膜，不能用牙签把水面上的油膜拨弄成矩形，故C、D错误。 (3)一滴纯油酸的体积V0＝× 估算油酸分子直径d＝ 解得d＝。 [答案]　(1)BC　(2)B　(3)d＝ 　在“油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验步骤如下： a．将1 mL油酸配制成1 000 mL油酸酒精溶液； b.用小注射器取一段油酸酒精溶液，并将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，直到1 mL时一共滴入50滴； c.向浅盘中倒入约2 cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上； d．用注射器在水面上滴一滴配制好的油酸酒精溶液； e．待油酸薄膜的形状稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描出油酸薄膜的形状，如图所示。 (1)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL。 (2)已知每一小方格的边长为1 cm，则油膜面积为________cm2。 (3)根据上述数据得出油酸分子的直径是________m(保留1位有效数字)。 (4)关于本实验下列说法正确的有_______________________________________________________。 A．油酸酒精溶液长时间放置，会使分子直径的计算结果偏大 B．若油酸没有充分散开，会使分子直径的计算结果偏小 C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，会使分子直径的计算结果偏小 D．在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，会使分子直径的计算结果偏大 [解析]　(1)每滴纯油酸的体积V＝× mL＝2×10－5 mL。 (2)多于半个的方格算一个，少于半个的方格舍去，可得油膜面积 S＝61×1 cm2＝61 cm2。 (3)油酸分子的直径d＝＝ cm≈3×10－7 cm≈3×10－9 m。 (4)油酸酒精溶液长时间放置，会使酒精挥发，油酸的浓度增大，从而每滴纯油酸的体积测量值偏小，造成分子直径的计算结果偏小，A错误；若油酸没有充分散开，导致面积S的测量值偏小，从而会使分子直径的计算结果偏大，B错误；如果舍去了所有不足一格的方格，测量油膜的面积偏小，从而造成分子直径的计算结果偏大，C错误；若滴数少记了几滴，使每滴纯油酸的体积测量值偏大，从而造成分子直径的计算结果偏大，D正确。 [答案]　(1)2×10－5　(2)61　(3)3×10－9　(4)D 1．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中。 (1)某同学的操作步骤如下： ①用0.4 mL的油酸配成1 000 mL的油酸酒精溶液　②用注射器和量筒测得50滴油酸酒精溶液体积为1 mL　③在浅盘内盛适量的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开后稳定 ④在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜轮廓，用透明方格纸测量油膜的面积为160 cm2，则油酸分子直径大小d＝__________m(结果保留1位有效数字)。 (2)若已知纯油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，在测出油酸分子直径为d后，还可以继续测出阿伏伽德罗常数NA＝________________(用题中给出的物理量符号表示)。 (3)若该同学在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积后，错拿了一个管口更粗的注射器将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，这会导致实验测得的油酸分子直径____________(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。 (4)若由于酒精的挥发，油酸酒精溶液的实际浓度发生变化，实验测得的油酸分子直径__________(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。 解析：(1)根据题意可知，一滴油酸酒精溶液含有油酸的体积 V＝× mL＝0.8×10－5 mL 油酸分子直径大小 d＝＝ m＝5×10－10 m。 (2)每个油酸分子的体积 V0＝π×()3＝ 油酸的摩尔体积V摩＝ 联立解得NA＝＝。 (3)因为拿错的注射器的管口比原来的粗，则每滴油酸酒精溶液的体积较大，含油酸较多，在水面上形成油膜的面积较大，根据d＝可知这会导致实验测得的油酸分子直径偏小。 (4)酒精的挥发会导致油酸酒精溶液实际浓度变大，故一滴溶液形成的油膜面积变大，则由d＝可知得到的结果偏小。 答案：(1)5×10－10　(2)　(3)偏小　(4)偏小 2．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)下列操作不正确的是__________。 A．直接将一滴油酸滴到水面上 B．向浅盘中倒入2 cm左右深的水，均匀地撒上痱子粉 C．油膜稳定后将带方格的玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓 (2)前面正确操作后，某同学将油酸酒精溶液滴到均匀撒好痱子粉的水面上时油膜的面积会__________。 A．变大 B．变小 C．先变大后变小 (3)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液时得到以下油膜形状，做该实验最理想的是__________。 解析：(1)油酸浓度太大且不溶于水，直接滴一滴油酸不能形成单分子油膜，故A错误；为了便于观察油酸在水面上扩散的面积，所以在水面均匀地撒上痱子粉，故B正确；为了定量测出油酸扩散面积，用带方格的玻璃板盖到浅盘上画出油膜轮廓，故C正确。 (2)酒精溶于水，油酸酒精溶液滴到水中在酒精的作用下形成单分子油膜，随后酒精挥发油膜的面积又缩小，故选C。 (3)最理想的情况是痱子粉很薄，容易被油酸酒精溶液冲开，近似圆形，故选C。 答案：(1)A　(2)C　(3)C 学科网（北京）股份有限公司 $