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

该高中物理课件围绕“用油膜法估测油酸分子的大小”实验展开，从实验目的、原理到器材步骤系统梳理，通过宏观量（体积、面积）测量过渡到微观量（分子直径）估测，衔接分子动理论基础，搭建宏观与微观联系的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，结合科学思维中的理想模型法（分子球形、单分子油膜）和误差分析，通过典例剖析步骤排序、数据计算及拓展探究，提升学生实验操作与数据处理能力，为教师提供完整教学资源，助力高效教学。

1.2 实验:用油膜法估测油酸分子的大小 实验探究•方案梳理 实验目的 1.通过实验,估测油酸分子的大小。 2.了解用测量宏观量的方法测微观量,提高科学探究能力。 3.通过体验实验过程,提高科学探究能力,建立更清晰的物理观念。 4.能够独立分析数据、形成结论、撰写实验报告,并能与同学交流实验过程、分享实验结果。 实验原理 把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜,如图所示。不考虑分子间的间隙,把油酸分子看成球形,计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S,求出油膜的厚度d,即d= 就是油酸分子的直径。 水面上形成油膜 水面上单分子油膜的示意图 实验器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或石膏粉。 实验步骤 1.配制油酸酒精溶液,取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。 2.用滴管或注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数,算出一滴油酸酒精溶液的体积。 3.实验时先向边长为30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上,用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面上散开,形成一块薄膜。 4.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。 5.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积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。 6.根据配制的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。根据一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度d= ,即油酸分子的大小。 7.数据处理:根据实验记录的数据,完成以下表格。 实验次数 1 2 3 量筒内增加1 mL溶液时的滴数       一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V       轮廓内的小格子数       轮廓面积S       分子的直径/m       分子直径的平均值/m       计算方法 1.一滴油酸酒精溶液的平均体积 误差分析 1.配制一定浓度的油酸酒精溶液时产生误差。 2.量取一滴油酸酒精溶液的实际体积时产生误差。 3.油酸在水面上的实际分布的均匀情况存在误差。 4.采用“不足半个舍去、多于半个算一个”的互补法计算油膜面积存在误差。 注意事项 1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度改变,造成较大的实验误差。 2.实验前应注意检查浅盘是否干净,否则难以形成油膜。 3.浅盘中的水应保持平稳,痱子粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上。 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.待测油酸薄膜扩散后又会收缩,要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。 实验热点·探究突破 典例剖析 【例1】 在做用油膜法估测分子直径的大小的实验中: (1)实验简要步骤如下。 A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数,再根据方格的边长求出油膜的面积S。 B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。 C.用浅盘装入约2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上。 热点1 实验原理与操作 D.取一定体积的油酸和酒精混合均匀,配制成一定浓度的确定体积的油酸酒精溶液。 E.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。 F.用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内油酸酒精溶液增加一定体积时的滴数。 G.由 得到油酸分子的直径d。 上述实验步骤的合理顺序是　　　　　。  (2)在本实验中,“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是　　　　　　　。 答案:(1)DFECBAG　(2)理想模型法  解析:(1)实验步骤为配制好油酸酒精溶液,通过量筒结合计算测出一滴此溶液的体积,然后将一滴此溶液滴在撒有痱子粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半个舍去,多于半个的算一个,统计出油酸薄膜的面积。则用一滴此溶液中纯油酸的体积除以一滴此溶液形成的油酸薄膜的面积,恰好就是油酸分子的直径。故实验步骤的合理顺序为DFECBAG。 (2)在本实验中,“将油膜分子看成紧密排列的球形,在水面形成单分子油膜”,体现的物理思想方法是理想模型法。 学以致用 1.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.水面爽身粉撒得越多,形成的油膜轮廓越清晰,会使实验结果偏小 B.配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精,会使实验结果偏小 C.在数一定量油酸溶液的滴数时,如果少数滴数,会使实验结果偏小 D.计算油膜面积时将所有不完整的方格当作完整方格计入,会使实验结果偏小 D 解析:水面爽身粉撒得过多,油膜容易形成堆积,从而使油膜面积偏小,根据油酸分子直径的计算公式d= 可知,油酸分子直径的测量值将偏大,选项A错误;配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精,酒精会溶于水,并不会影响实验结果,选项B错误;在数一定量油酸溶液的滴数时,如果少数滴数,将会使每一滴油酸溶液的体积偏大,从而使一滴油酸溶液中所含油酸的体积偏大,最终将导致所测油酸分子直径偏大,选项C错误;计算油膜面积时将所有不完整的方格当作完整方格计入,将会使油膜面积偏大,从而导致所测油酸分子直径偏小,选项D正确。 规律方法 油膜法估测分子大小的解题思路 1.按比例关系计算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 2.采用“互补法”计算出油膜的面积S。 3.利用公式d= 求出分子的直径。 典例剖析 【例2】在做用油膜法估测分子的大小 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,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,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) 热点2 实验数据处理 (1)油酸薄膜的面积是　　　　 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 答案:(1)4.0×10-3 (2)2.5×10-12 (3)6.3×10-10 (4)D 解析:(1)由于每个小方格边长为1 cm,则每一个小方格的面积就是1 cm2,数出在油膜轮廓范围内的格子数(超过半格的以一格计算,小于半格的舍去)为40,则油酸薄膜的面积S=40 cm2 =4.0×10-3 m2。 (2)由题意知,80滴油酸酒精溶液的体积为1 mL,且油酸酒精溶液的体积分数为0.02%, 故每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 (4)计算油酸分子直径的公式是d= ,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。若水面上痱子粉撒得较多,油酸未完全散开,即油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致计算结果偏大,选项A错误;大量的酒精更易使油酸分子形成单分子层薄膜,会使测量结果更精确,选项B错误;若计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,计算结果将偏大,选项C错误;若在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴,则计算所得的V偏小,故d偏小,选项D正确。 误区警示 1.油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差。 2.一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差。 3.油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差。 4.采用“互补法(即不足半个舍去,大于半个的算一个)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。 学以致用 2.在用油膜法估测分子大小的实验中,所用的油酸酒精溶液的浓度为每10 000 mL溶液中有纯油酸5 mL,用注射器测得100滴这样的溶液为1 mL,把一滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中正方形格的边长为1 cm。 (1)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　 cm3。 (2)油酸薄膜的面积是　　　　 cm2。  (3)估算油酸分子的直径是　　　　 m。  答案:(1)5×10-6 (2)136 (3)3.7×10-10 解析:(1)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 (2)由题图可知,由于每格边长为1 cm,则每一格就是1 cm2,以“超过半格以一格计算,小于半格就舍去”的原则,数出136格,则油酸薄膜面积为S=136 cm2。 典例剖析 【例3】测量分子大小的方法有很多,如油膜法、显微法。 热点3 实验探究拓展 (1)在用油膜法估测分子大小的实验中,用移液管量取0.25 mL油酸,倒入标注250 mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250 mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取该溶液,向小量筒中滴入100滴,溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度。再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图甲所示。坐标中每个小正方形方格的大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是 　　　　 cm2,由此估算出油酸分子的直径是　　　　 m(保留一位有效数字)。  (2)图乙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(保留两位有效数字)。  答案:(1)256　8×10-10 (2)9.4×10-10 解析:(1)数油膜的正方形格数,大于半格的算一格,小于半格的舍去,得到油膜的面积S=64×2 cm×2 cm=256 cm2。 学以致用 3.在用油膜法估测油酸分子的大小实验中: (1)在配制的油酸酒精溶液中,纯油酸与油酸酒精溶液的体积之比为1∶500,1 mL油酸酒精溶液可滴250滴,那么一滴油酸酒精溶液的体积是　　　　 mL,一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V油酸=　　　 cm3。  (2)若实验中测得结果如下表所示,请根据所给数据填写出空白处的数值,并与公认的油酸分子直径l0=1.12×10-10 m比较,判断此实验结果　　　　(选填“符合”或“不符合”)数量级的要求。  次数 油膜面积S/cm2 油酸分子直径l/cm 平均值 1 533 ①　　  ④　　  2 493 ②　　  3 563 ③　　  答案:(1)4×10-3　8×10-6 (2)符合　①1.50×10-8　 ②1.62×10-8　 ③1.42×10-8　 ④1.51×10-10 m 随堂训练 1.在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中,将体积百分比浓度为A的n滴油酸酒精溶液滴在量筒中,测得体积为V。再将其中的一滴溶液滴在水面上,形成一层单分子油酸薄膜,薄膜面积为S,则油酸分子大小为(　　) 答案:B 2.(2025·南宁二模)下列关于用油膜法估测油酸分子的大小实验的说法,错误的是(　　) A.实验时若痱子粉撒得太厚,则所测分子直径会偏大 B.用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液,并读出这些溶液的体积V1,则每滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V2= C.油酸酒精溶液中酒精对油酸起到了稀释作用 D.油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为8.0×10-3 mL,其形成的油膜面积为108 cm2,则估测出油酸分子的直径为7.4×10-10 m B 解析:实验过程中,若撒的痱子粉太厚,则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小,由d=可知测量的油酸分子的直径偏大,故A正确;用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液,并读出这些溶液的体积V1,则每滴油酸酒精溶液的体积V2=,并非纯油酸的体积,故B错误;油酸酒精溶液中酒精对油酸起到了稀释作用,故C正确;油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为8.0×10-3 mL,其形成的油膜面积为108 cm2,则估测出油酸分子的直径为d= m=7.4×10-10 m,故D正确。 3.某同学做用油膜法估测分子的大小的实验。 (1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0,将该溶液滴一滴到水面上,稳定后形成油膜的面积为S。已知500 mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1 mL,则油酸分子直径大小的表达式为d=　　　　　。  (2)该同学做完实验后,发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是　　　　。  A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算 B.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度发生了变化,但该同学并未发觉,仍按未挥发时的浓度计算(油酸仍能充分散开) C.水面上痱子粉撒得太多,油膜没有充分散开 D.计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理 解析:(1)纯油酸的体积V等于油酸酒精溶液的体积乘以浓度, (2)根据d= 分析可知,错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,则计算时所用体积数值偏大,会导致计算结果偏大,选项A符合题意;油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度变大,则会导致计算结果偏小,选项B不符合题意;水面上痱子粉撒得较多,油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致结果计算偏大,选项C符合题意;计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理,则计算所用的面积S偏大,会导致计算结果偏小,选项D不符合题意。 4.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤简化为如下四幅图: (1)上述实验步骤的合理顺序是　　　　(填图片对应字母)  (2)d图中步骤为:向1 mL的油酸中加酒精,直至总量达到800 mL,用注射器吸取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100滴时,测得其体积恰好是1 mL,则1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是　　　　 m3。(结果保留两位小数)  (3)该实验体现了理想化模型的思想,实验中我们的理想假设有　　　　。  A.把油酸分子视为球形 B.油酸在水面上充分散开形成单分子油膜 C.油酸分子是紧挨着的没有空隙 D.油酸不溶于水 (4)b图步骤中将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示(正方形小方格的边长为2 cm),则油酸分子直径是　　　 m。(结果保留两位有效数字)  答案:(1)dacb (2)1.25×10-11 (3)ABC (4)5.1×10-10(4.9×10-10~5.3×10-10均可) 解析:(1)先测量一滴油酸酒精溶液的体积,再将一滴溶液滴入水中,接着画油酸分子面积,最后数据处理。故正确顺序为dacb。 (2)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为 (3)实验中我们的理想假设有:把油酸分子看成球形、让油膜尽可能散开形成单分子层、不考虑分子之间间隙,选项A、B、C正确;油酸本身不溶于水,不属于实验的理想假设,选项D错误。 (4)估算油膜面积时按超过半格为一个计数格,小于半格不计数,题图中有61个计数格,每格的面积为S0=4 cm2, 则油膜的面积约为S=61×S0=2.44×102 cm2=2.44×10-2 m2, $