1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 人教版(2019)选必修 第三册 学习目标 1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 1.知道用分子的球形建立水面上油酸的单分子油膜的模型，并理解用单分子油 膜测量油酸分子直径的公式 d= 。 2.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。 3.能对测量的数据进行综合分析和计算，得到油酸分子直径的数量级。 体会用宏观量测量微观量的模型计算方法。 水 油酸分子 d 1 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 油膜法估测分子大小的实验原理（单分子层油膜模型、宏观量与微观量的关联）；实验操作的核心步骤（油酸稀释、油膜制备、面积测量）。 利用油膜法计算分子直径的方法；分子直径数量级（10-¹⁰m）的认知。 单分子层油膜模型的合理性分析（如何判断油膜是单分子层）；实验误差的来源与减小方法（如油膜边界模糊、体积测量偏差的处理）。 重点难点 复习引入 如何测肉眼无法分辨的分子直径大小呢？ 类比黄豆 1.用游标卡尺/螺旋测微器测量 2.先测量一排紧密排列成的黄豆长度再查其个数 3.先测量大量黄豆的体积再查其个数 4.先测大量黄豆的体积再测量它们平铺开的面积 × × × √ 以上方法是否都可以用来测量分子直径呢？ 已知分子可看成球模型 什么分子能够像黄豆一样紧密且单层的平铺开来？ 3 油酸分子 C17H33COOH 特点 -COOH -C17H33 烃基（憎水性） 羧基（亲水性） 为保证油酸分子的单层，尽可能使油酸分子的体积无限小或使油酸面积无限大，在实验室中如何解决这个问题？ 实验思路 ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 油酸分子 ②油分子一个个紧挨着整齐排列，且把分子看成球形 ③计算原理： 水 油酸分子 d 实验方案 建立模型 测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径。油酸体积为V，油膜面积为S，则 把油酸分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布。 分子是球形的 单分子油膜 分子间没有空隙 三个假设 一.【实验目的】 二.【实验原理】 油膜法估测油酸分子的直径大小； 单分子油膜厚度d: d= V为油膜体积 S为油膜面积 （2）估测法测油膜面积S: 油膜面积为整格和半格以上的油膜面积和。 实验方法：放大法和估测法 （1）放大法测油酸体积V ①稀释放大：配置油酸酒精溶液使油酸稀释体积放大，只取一滴溶液； ②累积放大：测n滴溶液总体积1ml，然后除以n得一滴溶液体积 三.【实验器材】 油酸、酒精、清水、容量瓶、量筒、注射器、烧杯、彩色笔、盛有爽身粉的布袋、带有坐标方格的玻璃板、浅盘。 四.【实验步骤】 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 油酸的稀释： 使用酒精 与油酸混合溶液 1mL油酸 酒精 500mL油酸酒精溶液 稀释后，1mL溶液中油酸的含量： 假设1mL=50滴 1滴溶液的体积： 1滴溶液中纯油酸含量： V0= = V=V0×0.2％=×0.2％ 四.【实验步骤】 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ①在水面撒爽身粉 ②滴1滴油酸酒精溶液 ③放上玻璃板，等液面稳定 ④画出轮廓 ⑤放坐标纸，数格子 假设每个格子边长是a，如果数得n个格子： s=na2 （不足半格的舍去，多于半格的算一个） ⑷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。 ⑴在浅盘里盛上水，将爽身粉均匀地撒在水面上。 ⑵用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液。 ⑶油酸立即在水面散开，形成一块油膜，油膜上没有爽身粉，可以清楚地看出它的轮廓。 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S 单分子油膜厚度即油酸分子直径d: 3.求单分子油膜厚度 d= 大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，大多数分子的大小的数量级为10-10m。 四.【实验步骤】 五.【实验数据处理】 除少数有机物大分子,一般分子直径的数量级是10-10m。 实验结果： d-----单分子油酸的直径 V-----一滴油酸的体积 S-----一滴油酸的面积 实验视频 油膜法大小测分子 六.【实验注意事项】 1、浅盘应清洗干净，然后用脱脂棉擦净，最后用水冲洗，以保持盘的清洁．保证形成单分子油膜。吸取油酸，酒精和溶液的 移液管要分别专用. 2、不能用配置很久的油酸酒精溶液. 4、浅盘水平放置，水面离盘口距离较小，描轮廓时视线应与板面垂直。 3、不能用浓度高于2‰的油酸酒精溶液. 5、油酸面扩散后又会收缩（酒精挥发、液面稳定)，要在稳定后再画轮廓。 6.滑石粉（痱子粉）和油酸的用量不可太大，否则不易成功；在水面撒过滑石粉（痱子粉）后，再不要触动盘中的水. 【实验改进】 在做本实验时,把爽身粉均匀撒在水面上是很关键的一步。在实际操作时经常撒得不均匀或撒得过多,因爽身粉不溶于水又不能搅拌,只好重做。可用印刷碳粉代替爽身粉,因为印刷碳粉不溶于水且漂浮在水面上,若撒得太多,可将水和碳粉一起倒出,然后用玻璃棒搅拌,直至碳粉在水面薄且均匀,若撒得不均匀,可直接用玻璃棒搅拌均匀。 七.【误差分析】 1.油酸体积误差：如溶液的滴数n、浓度变化。 2.厚度误差：不是单分子油膜，厚度大于直径（d偏大） 3.油膜面积误差：未稳定时描轮廓，平方格计数 d= 分组实验，采集数据 实验次数 量筒内增加1mL 溶液时的滴数 轮廓内的 小格子数 轮廓面积S 1 2 实验次数 一滴纯油酸的体积V 分子的大小(m) 平均值 1 2 思考 1.实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？ 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油膜，同时酒精易挥发，不影响测量结果。 2.在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理，那么，有哪些地方做了理想化处理？ (1)把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层； (2)把分子看成球形； (3)油酸分子一个紧挨一个整齐排列。 学习任务评价一 【例1】某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于 （ ）  A.油酸未完全散开 B.油酸酒精溶液中含有大量酒精 C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴 D 【例2】（多选）"用油膜法估测分子的大小"实验的科学依据是（ ） A.将油酸形成的膜看成单分子油膜 B.不考虑各油酸分子间的间隙 C.考虑了各油酸分子间的间隙 D.将油酸分子看成球形 ABD 【例3】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 C 【例4】把体积为V1(mL)的油酸倒入适量的酒精中, 稀释成V2(mL)的油酸酒精溶液, 测出1mL油酸酒精溶液共有N 滴; 取一滴溶液滴入水中,最终在水中形成面积为S (cm2)的单分子油膜, 则该油酸分子的直径大约为(　　) D 课堂小结 d= 实验：用油膜法估算油酸分子的大小 一、实验思路 二、实验器材 三、实验步骤 四、数据分析 五、误差分析及注意事项 实验原理： 多数分子大小的数量级为10－10 m 配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉、注射器、烧杯、带有坐标方格的玻璃板、彩笔 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 【1】某种油剂的密度为8×102 kg/m3,取这种油剂0.8 g滴在水面上,最后形成油膜的面积约为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　 A.10-10 m2 B.104 m2 C.1010 cm2 D.104 cm2 B 课堂练习 【2】在做“用油膜法:估测分子的大小”实验时，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸1mL。用注射器测得58滴这样的溶液为1mL。把1滴这样的溶液滴入的浅盘里，等油膜稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图所示。图中正方形小方格的边长为1cm。 (1)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少? (2)油酸膜的面积是多少? (3)按以上数据，估算油酸分子的大小。 解：（1）1mL油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为： 1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为： （2）小方格的面积：S1=10-2×10-2m2=10-4m2 小方格的个数n=114 油酸膜的面积为：S=nS1=114×10-4m2=1.14×10-2m2 （3）油酸分子的直径： 带入数据得： 【3】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。 ⑴稀释的目的是________________________________。  ⑵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__________________________________________。 ⑶为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是_____________。  解析 ⑴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。 ⑵把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL油酸酒精溶液的滴数，就能得到一滴溶液中纯油酸的体积。 1滴油酸溶液中纯油酸的体积V= η (η为油酸酒精溶液的浓度，N为滴数，V液为N滴油酸酒精溶液的体积)。 ⑶单分子层油膜的面积。 坚持很酷 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 A. (m) B. (m) C. (cm) D. (cm) 解析一滴溶液中纯油酸的体积V=,由d=得d=(注意单位)。 解析由d=,得S= m2=104 m2,故B选项正确。 $