2013年高考物理考前指导之用油膜法估测分子的大小

2013年高考物理考前指导
用油膜法估测分子的大小
一、实验目的
1．估测油酸分子的大小．
2．学习间接测量微观量的原理和方法．
二、实验原理
实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．当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，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图1所示形状的一层纯油酸薄膜．如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小．用V表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如图2所示，则：d＝.
图1　　　　　　　　　图2
三、实验器材
盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．
四、实验步骤
1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差．
2．配制油酸酒精溶液，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到了500 mL含1 mL纯油酸的油酸酒精溶液．
3．用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n.
4．根据V0＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V0.
5．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上．
6．用注射器或滴管将一滴油酸酒精溶液滴在水面上．
7．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上．
8．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)．
9．根据油酸酒精溶液的配制比例，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.
10．重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜厚度，并求平均值，即为油酸分子的大小．
五、数据处理
根据上面记录的数据，完成以下表格内容.
实验次数 量筒内增加1 mL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
六、注意事项
1．注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．
2．待测油膜面扩散后又收缩，要在油膜面稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩．
3．当重做实验时，将水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁．
4．从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，这样做，比将粉撒在水面上的效果好．因为：一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；二，粉粒之间相互排斥．
【2013高考突破】
1．(9分)假设一艘油轮装载有密度为ρ＝9×102kg/m3的原油在海上航行，由于某种事故使原油泄漏了9t，则这次事故造成的最大可能污染的海洋的面积约为 (　　)
A．1012m2　　　B．109m2　　　C．108m2　　　D．1011m2
2．(9分)某学生在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算结果明显偏大，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，舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时，1mL的溶液的滴数误多记了10滴
3．(9分)学习了“用油膜法估测分子的大小”的实验后，我校课外物理兴趣小组欲体验一下真实情况，小组同学将体积为1.2×10－3cm3的石油滴在平静的水面上，经过一段时间后，石油扩展为3m2的单分子油膜，请你估算一下油分子的直径为 (　　)
A．6.0×10－10m B．4.0×10－10m
C．4.0×10－8m D．4.0×10－12m
4．(9分)用油膜法估测分子的大小时，要满足的理想化条件是 (　　)
A．把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜
B．把形成单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子
C．将油膜视为单分子油膜，但需要考虑分子间隙
D．将单分子视为立方体模型
5．(9分)利用油膜法可粗略地测定阿伏加德罗常数．若已知n滴油的总体积为V，一滴油形成的油膜面积为S，这种油的摩尔质量为M，密度为ρ，油分子可视为球体，则阿伏加德罗常数NA应为 (　　)
A．NA＝ B．NA＝
C．NA＝ D．NA＝
6．(11分)用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1mL的量筒、盛有适量清水的45×50cm2浅盘、痱子粉、滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．
(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C.
A．用滴管将浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1mL油酸酒精溶液时的滴数N
B．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n.
C．________________________________________________________________________.
D．将画有油薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm小方格为单位，数出轮廓内小方格的个数，算出油酸薄膜的面积Scm2.
(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小____________(单位：cm)
7．(11分)利用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1mL的量筒、盛有适量清水的45×50cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．则：
(1)下面给出的实验步骤中，正确顺序为________．
A．将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上
B．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1mL油酸酒精溶液时的滴数N
C．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，等出油酸薄膜的面积S(单位为cm2)
D．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n
(2)该实验测得的单个油酸分子的直径约为________(单位：cm)．
A. B.
C. D.
8．(11分)在做“用油膜法估测油酸分子直径的大小”实验时，
某同学实验操作如下：
①用游标卡尺测得用完了的中性笔笔芯外径如图所示，用小刀截取一段剖开，用游标卡尺测得笔芯筒的厚度为0.95mm，记下内径d；
②用笔芯吸取浓度为A的油酸酒精溶液，用小刀在溶液上、下两个界面刻线做上记号；
③将笔芯中一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上；
④将笔芯中所剩溶液一滴一滴的滴入原装溶液的容器中，数得有N滴；
⑤用游标卡尺测得两条刻线记号之间的距离为h；
⑥待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上如图所示，测得油酸薄膜占有的小正方形个数为X.
(1)中性笔笔芯的内径为________cm；
(2)从图上数得油膜占有的小正方形个数为X＝________；
(3)用以上字母表示油酸分子直径的大小D＝________.
9．(11分)在“用油膜法估测分子直径”的实验中，有下列操作步骤，请补充实验步骤C的内容及实验步骤E中的计算式：
A．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中，记下滴入1mL的油酸酒精溶液的滴数N；
B．将痱子粉末均匀地撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，逐滴向水面上滴入，直到油酸薄膜表面积足够大，且不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；
C．________________________________________________________________________；
D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数m；
E．用上述测量的物理量可以估算出单个油酸分子的直径d＝______cm.
10．(11分)用“单分子油膜法测定液体分子大小”时，要求油滴在水面上散开到最大面积，形成单分子油膜，其理论基础是将分子看作________．若油滴体积为V，油膜面积为S，则分子直径约为d＝________，一般分子直径的数量级为________m．已知水的密度是1.0×103kg/m3，如果忽略水分子间的空隙，试估算一个水分子的体积为________m3.
【答案】　球体　V/S　10－10　3.0×10－29