高中物理选择性必修三 1.2 实验：用油墨法估测油酸分子的大小 同步学案

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1.2
实验：用油墨法估测油酸分子的大小
一、自主学习
1.油膜法是一种粗略测定分子大小的方法，把一滴油酸酒精溶液滴到水面上，油酸分子在水面上散开，水面上会形成一层__________，由单层油酸分子(C17H33COOH)中的烃基C17H33-组成。尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化为_________处理，并认为它们紧密排布，如图所示。测出油膜的厚度d，它就相当于_________的直径。
2.如果一滴溶液中纯油酸的体积为V，单分子油膜的面积为S，则分子的大小(即直径)为d=___
。
3.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，多数分子大小的数量级为_________m。
二、课堂探究
[新课导入]分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3
mm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!
那么如何知道分子的大小呢？
（一）实验思路
[情景设问]如何估测一粒黑豆的直径
通过测量较大量来研究较小量。
思考：能用相似的方法求分子的大小吗？
结论1：有一种粗略测定分子大小的方法叫________。
把一滴油酸滴到水面上，油酸在水面上散开形成单分子油膜，如果把分子看成________，单分子油膜的厚度就可认为等于油膜分子的直径。
（2）物理量的测量
水面上单分子油膜的示意图
讨论：如何才能求出单分子油膜层的厚度(即分子直径)呢？
结论2：
①先测出油酸滴的体积_______。
②测出水面上漂浮的油膜的表面积_______。
③单分子油膜的厚度等于油滴体积V与油膜面积S的_______。
思考：如何获得很小很小的一滴油酸，并且测量出它的体积？
结论3：配制一定浓度的油酸酒精溶液。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_______，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的_______。用它们的_______除以_______，得到1滴油酸酒精溶液的体积，再计算其所含纯油酸的体积V。
思考：如何测量油膜的表面积？
记录油酸薄膜的形状
结论4：在浅盘里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上（图甲）。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液（图乙），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（图丙）。待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有______________的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的_______（图丁）。
讨论：尝试总结用油膜法估测分子的大小的实验目的、实验原理、实验器材及实验步骤。
结论5：
①实验目的：估测_________的大小；学会间接测量微观量的原理和方法。
②实验原理：油酸酒精溶液在平静的水面上能形成________，将油酸分子看做球形，测出油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，用________
计算出油膜的厚度，就近似等于油酸分子的直径。（其中V
为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S
为油膜面积）。
③实验器材：清水、盛水浅盘、滴管（或注射器）、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉（或石膏粉）
、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。
④实验步骤：a.取1毫升（1cm3）的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液。
b.往边长约为30cm~40cm的浅盘中导入约2cm深的水，然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上。
c.用滴管（或注射器）向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1mL。算出每滴油酸酒精溶液的体积?v0=1/n
ml。
d.用滴管（或注射器）向水面上滴入配置好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。
e.待________形状稳定后，将准备好的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。
f.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的________。
g.拒油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，利用一滴油酸的体积V
和薄膜的面积
S，算出油酸薄膜的厚度________d=V/S，即为油酸分子直径。
（3）数据分析
结论6：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______________。
思考：实验有哪些注意事项？
结论7：
①实验前应注意方盘是否_________，否则难以形成油膜。
②向水面滴油酸酒精溶液时，应________水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。
③在求油酸膜面积时，以坐标纸上的方格的数目来计算，不足半个去，多于半个的算一个。
④计算分子直径时，注意滴加的不是纯油酸，而是油酸酒精溶液，要用一滴溶液的体积乘以溶液的体积百分比浓度。
思考：尝试分析误差产生的原因。
结论8：
①油酸酒精溶液的实际________和理论值间存在偏差。
②一滴油酸酒精溶液的实际________和理论值间存在偏差。
③油酸在水面上的实际分布情况和________中的“均匀”、“单分子纯油膜层”间存在偏差。
④采用“________”（即不足半个舍去，多于半个的算一个）计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。
三、典题精讲
【例题1】在“用单分子油膜估测分子的大小”实验中，我们估测到的物理量是（　　）
A．水分子的直径
B．水分子的体积
C．油分子的直径
D．油分子的体积
【例题2】关于“用油膜法估测分子直径”的实验，下列说法正确的是（　　）
A．将一滴纯油酸滴入水槽中，并用笔快速描绘出油膜的边界
B．计算油膜面积时，把所有不足一格的方格都看成一格
C．用一滴油酸酒精溶液的体积，除以单分子油膜面积，可得油酸分子直径
D．用一滴油酸酒精溶液的体积乘以溶液浓度，除以单分子油膜面积，可得油酸分子直径
4、核心素养专练
1.某同学计算出的结果明显偏大，可能是由于（　　）
A．油酸未完全散开
B．油酸中含有大量酒精
C．计算油膜面积时保留了所有不足一格的方格
D．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴
2.关于用油膜法估测分子大小实验的科学依据中，下列说法错误的是（　　）
A．将油酸薄膜看成单层的油酸分子组成
B．不考虑油酸分子间的空隙
C．实验需配置一定浓度的油酸酒精溶液，其中的酒精可使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
D．将油酸分子简化为球形
3.符合“用单分子油膜估测分子的大小”实验中理想化假设的是（　　）
A．将油膜看成双分子层油膜
B．将油分子看成球形
C．不考虑各油分子间的相互作用力
D．考虑各油分子间的间隙
4.在做“用油膜法估算分子的大小”实验时，先配置好浓度（单位体积溶液中含有纯油酸的体积）为η的油酸酒精溶液，并得到1滴油酸酒精溶液的体积为V．用注射器在撒有均匀痱子粉的水面上滴1滴油酸酒精溶液，在水面上形成油酸薄膜，待薄膜形状稳定后测量出它的面积S．关于本实验，下列说法中正确的是（　　）
A．水面形成的油酸薄膜的体积为V
B．撒痱子粉是为了便于确定出油酸膜的轮廓
C．根据d＝V/S可以估测油酸分子的直径
D．根据d＝V/ηS可以估测油酸分子的直径
5.在“用单分子油膜估测分子的大小”实验中，下列对实验过程的分析正确的是（　　）
A．测量一滴油酸酒精溶液体积用的是微小量放大法
B．在水面上撒痱子粉是为了使油膜边缘形成规则形状
C．在坐标纸上计算油膜轮廓内格子数采用的是比值法
D．该实验采用的是借助物理模型间接测量的方法
6.利用油膜法可估测分子的大小，关于实验中油膜面积的测量方法，下列说法正确的是（　　）
A．油酸酒精溶液滴入水中后，应立即用刻度尺去测量油膜的面积
B．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去测量油膜的面积
C．油酸酒精溶液滴入水中后，应立即将油膜的轮廓画到玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积
D．油酸酒精溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，然后再利用坐标纸去计算油膜的面积
7.某同学在用油膜法估测分子直径的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于（　　）
A．油酸中含有大量酒精
B．将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算
C．计算油膜面积时，把所有不足一格的方格都看成一格了
D．水面上痱子粉撒得多，油膜面展的太开
8.在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，先配制好一定浓度的油酸酒精溶液，并得到1滴油酸酒精溶液的体积为V．往浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上。用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散开，形成一块薄膜，薄膜上没有痱子粉，可以清晰地看出它的轮廓，如图所示。待薄膜形状稳定后量出它的面积为S．在这个实验中，下列说法正确的是（　　）
A．根据d＝V/S就可以粗略地测量酒精分子的直径
B．根据d＝d＝V/S就可以精确地测量油酸分子的直径
C．选择油酸作为被测物质，是因为油酸的物理性质有助于油酸在水面上形成单分子膜
9.在“用单分子油膜估测分子直径”的实验中，需要配制低浓度的油酸酒精溶液而不使用纯油酸滴入蒸发皿中的水面，原因是________。注射器滴下的一滴溶液体积约0.005mL，分子直径约10-10m，则配制的溶液浓度相对合理的是________（选填“10%”、“1%”或“0.1%”）。
10.在油膜实验中，均匀撒爽身粉有利于形成________，便于记录数据。将一滴体积为V的油酸酒精溶液滴入水中，油膜充分散开后面积为S，溶液的浓度为n，估算该油酸分子的直径为________。
参考答案
自主学习
1.油膜
球形
分子
2.V/S
3.10-10
课堂探究
结论1：油膜法
球形
结论2：V
S
比值
结论3：总体积
总滴数
总体积
总滴数
结论4：坐标方格
形状
结论5：油酸分子
单分子油膜
d=V/S
油酸薄膜
面积
结论6：d=V/S
结论7：干净
靠近
结论8：浓度
体积
互补法
典题精讲
【例题1】C
【例题2】D
核心素养专练
1.A
2.C
3.B
4.B
5.D
6.D
7.B
8.C
9.浓度过高会导致油膜面积超过蒸发皿的表面积，0.1%
10.油酸分子层在水中边界清晰的轮廓；Vn/S
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