1.2 实验：用油膜法估测分子的大小 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科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，通过“水珠中分子数量远超地球人口”的问题导入，引导学生从宏观现象思考微观分子大小的测量方法，搭建从生活情境到科学探究的学习支架。 其亮点在于注重科学思维中的模型建构（将分子视为球形、单分子油膜）和科学探究（严谨的实验步骤、误差分析及注意事项），结合思考讨论（如理想化处理分析）和练习题（误差原因判断），帮助学生深化对分子模型的理解。学生能提升实验操作与数据分析能力，教师可依托完整方案高效开展探究教学。

2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 思考问题 分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3mm左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍! 那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢? 分子 直径:10-10m 直径:10-3mm 水珠 一、实验思路 把分子看做小球，这是分子的简化模型。实际上，分子有着复杂的内部结构，并不是小球。我们通常说分子的直径有多大、只是对分子大小的一种粗略描述。 油酸分子 模型简化 分子大小在同一数量级 油酸的分子式为C17H33COOH，无色透明，油酸分子中的一部分是羧基 —COOH对水有较强的亲和力，而另一部分烃基C17H33—对水没有亲和力，要冒出水面。因此，油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜。 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 记录滴油酸酒精溶液的滴数 1mL油酸 酒精 200mL油酸酒精溶液 稀释后，溶液中油酸的浓度为： 假设1mL=50滴 1滴溶液的体积： 1滴溶液中纯油酸含量： 例如： 1滴溶液中纯油酸的体积 ×油酸酒精溶液的浓度 二、物理量的测量 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ①在水面均匀撒痱子粉 ②在水面滴1滴油酸酒精溶液 ③待油膜形状稳定 ④将带有坐标方格玻璃板放浅盘上 ⑤描绘油膜形状，数格子，计算油膜面积 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） 二、物理量的测量 配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、痱子粉、注射器、烧杯、带有坐标方格的玻璃板、彩笔。 三、实验器材 四、实验步骤 1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V (1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。 (2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数。 (3)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积。 (4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V。 1滴油酸的体积= ×油酸酒精溶液浓度 2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S (1)在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有痱子粉的布袋，另一只手拍打，将痱子粉均匀地撒在水面上 (2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜 (3)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 撒痱子粉(或细石膏粉)后，便于观察所形成的油膜的轮廓. (4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。 (5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S。 水 油酸分子 d 五、数据分析 1.用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度， 即油酸分子的直径 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10－10 m 六、误差分析及注意事项 1.误差分析 (1)纯油酸体积的计算误差。 (2)油膜面积的测量误差 ①油膜形状的画线误差； ②数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。 2.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，痱子粉应均匀撒在水面上。 (3)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。 (4)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。 二、物理量的测量 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。 思考与讨论 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。 水面上单分子油膜的示意图 油酸分子 思考与讨论 1.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中： (1)与实验中“将油酸分子看成是球形的”采用的方法相同的是___。 A.引入质点的概念 B.平均速度的定义 C.引入重心的概念 D.研究加速度与力或质量关系的实验 A 导练 将油酸分子看成球形，属于理想化模型，而引入质点的概念采用的方法也是理想化模型，平均速度是采用比值定义法，重心是等效法，研究加速度与力或质量关系的实验采用的是控制变量法，故选A。 (2)有下列实验步骤： ①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水。待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上。 ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。 ③通过画有油膜形状的带有坐标方格的玻璃板，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。 ④用注射器将事先配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时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。 ⑤将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。 上述步骤中，正确的顺序是___________。(填写步骤前面的序号) ④①②⑤③ “用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液(教师完成，记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液的体积④→准备带水的浅盘并撒爽身粉①→形成油膜②→描绘油膜轮廓⑤→计算分子直径③，故正确的顺序为④①②⑤③。 AD 21 产生误差的主要原因： 1、油膜不是单分子层； 2、纯油酸体积的计算产生误差； 3、油酸面积计数存在误差； 4、分子间有间隙。 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 4、油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜形状如图所示。若每一小方格的边长为25 mm，试问： (1)这种估测方法是将每个油酸分子视为_____模型，让油酸 尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为______油膜， 这层油膜的厚度可视为油酸分子的_____。图中油膜的面积 为________ m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 是__________ m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是___________ m。(结果均保留2位有效数字) 球形 单分子 直径 8.3×10－2 1.2×10－11 1.4×10－10 (2)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列措施可行的是____。 A.油酸浓度适当大一些 B.油酸浓度适当小一些 C.油酸扩散后立即绘出轮廓图 D.油酸扩散并待其形状稳定后再绘出轮廓图 BD 为能形成单分子油膜，油酸浓度应适当小一些；绘制轮廓图应在油酸扩散并待其形状稳定后进行，B、D正确，A、C错误。 5.在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下： ①取油酸注入1 000 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到1 000 mL的刻度为止。摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液； ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到 1 mL为止，恰好共滴了100滴； ③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水，将细爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓； ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状； ⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为2 cm的方格纸上。 (1)利用上述具体操作中的有关数据可知，油膜的面积是______ cm2，估测出油酸分子的直径是________ m(此空保留一位有效数字)。 432 2×10－10 (2)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据都偏大。对于出现这种结果的原因，可能是由于___。 A.在求每滴溶液体积时，1 mL溶液的滴数多记了2滴 B.计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理 C.水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开 D.做实验之前油酸酒精溶液搁置时间过长 C 在求每滴溶液体积时，1 mL溶液的滴数多记了2滴，测量体积偏小，直径测量偏小，A错误； 计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理，使格数偏多，面积偏大，故直径测量值偏小，B错误； 油酸膜没有充分展开，使面积测量值偏小，直径测量值偏大，C正确； 做实验之前油酸酒精溶液搁置时间过长，酒精挥发使得油酸浓度变大，故计算值偏小，即测量值偏小，D错误。 $