物理人教版（2019）选择性必修第三册1.2 实验用油膜法估测油酸分子的大小（共32张ppt）

(共32张PPT)
人教社2019版高中物理选择性必修三
第一章 分子动理论
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
核心素养
物理观念
1.知道运用理想化方法,建立油酸单分子膜的分子球体模型。
2.能够采用测量单分子油膜体积和面积的方法，来估算油酸分子的直径。
3.通过强化实验操作和数据处理环节，体验实验进行的全过程。
科学思维
1.培养在物理学中的估算能力。
2.体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法。
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
课前诊测
问题1:分子动理论的基本内容？
问题2:分子有没有大小？
分子有大小
问题3:你能不能测分子大小？
用什么办法测量？
物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，
分子之间存在着相互作用力。
能，至于用什么办法测这节课就来学习
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
情境探究
生活中,我们经常遇见这种现象：很少量的油不小心洒在水面上,将扩散形成面积很大的油膜（如图所示）。
油膜的厚度为d。
由此图，你能不能想出一种估测分子的大小（分子直径）的方法？
思考：
我们本节课要学习：用油膜法测分子直径的实验
要估测分子大小应如何去做呢？
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
2.实验原理：测出纯油酸的体积为V,测出单分子油膜的面积为S,
则分子的大小(即直径)为 。
1.介绍油膜法：把一滴油酸酒精溶液滴到水面上,油酸分子在水面上散开,水面上会形成一层油膜 , 在估测其大小时,可以把它简化为球形处理,并认为它们紧密排布,如图所示。
测出油膜的厚度d, 就相当于测出分子的直径。
一、实验原理分析
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
1.实验步骤
①配制一定浓度的油酸酒精溶液。
②用注射器或滴管将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内一定体积时的总滴数,求出一滴溶液的体积。
③根据溶液的浓度算出一滴溶液中含纯油酸的体积V。
④用浅盘装入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上。
⑤将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的轮廓描绘在玻璃板上。
⑥数出轮廓内小正方形的个数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据小正方形的面积求出油膜的面积S。
⑦根据公式 ,求出油膜的厚度,即为油酸分子的直径。
二、用油膜法估测分子大小的实验操作
S=na2
2.实验数据处理:
(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积
先配制一定浓度的油酸酒精溶液,用注射器或滴管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,从而可算出一滴溶液的体积.
再结合溶液的浓度就可以计算出一滴溶液中所含纯油酸的体积。
故一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=η× = η× (η为油酸的体积浓度)。
则一滴油酸酒精溶液的体积
二、用油膜法估测分子大小的实验操作
（两测一算）
(2)测量单分子油膜的面积
①在浅盘中装入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上。
②将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,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。
③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n
(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的个数求出油膜的面积。
油酸薄膜的面积S=na2(n为小正方形的有效个数,a为小正方形的边长)。
(3)估算分子的直径
如果一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 所形成的单分子油膜的面积为 则分子的直径为 (分子直径的数量级为 )
二、用油膜法估测分子大小的实验操作
2.实验数据处理:
（两测一算）
例1 (1)如图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是　　　　　　(用符号表示,且已知d在最前)。
解析(1)“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→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。因此按操作先后顺序排列是dacb。
典例精析
d a c b
(2)在做“用油膜法估测分子大小”的实验中,已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为A,又用滴管测得N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线,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,测得油膜占有的小正方形个数为x。
①用以上字母表示油酸分子直径的大小d=　　　　;
②从图中数得油膜占有的小正方形个数为x=　　　　。
= V
n= x
110
超过半格的算一个,不足半格的舍去,
例1:
典例精析
变式训练1用油膜法估测分子大小的实验步骤如下:
①向体积为V1的纯油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液总体积为V2;
②用注射器吸取上述溶液,一滴一滴地滴入小量筒,当滴入n滴时体积为V0;
③往边长为40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水;
④用注射器往水面上滴一滴上述溶液,等油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描出油酸薄膜的形状;
⑤将画有油酸薄膜轮廓形状的玻璃板,放在画有边长为a的小正方形的坐标纸上;
⑥计算出轮廓范围内正方形的总数为N，其中不足半个的两个算一个,多于半个的算一个。
上述实验步骤中有遗漏和错误,
遗漏的步骤是　　　　　　　　　　　;
错误的步骤是　　　　　　　　　　　; (指明步骤,并改正),
油酸分子直径的表达式d=　　　　。
将爽身粉均匀撒在水面上,应在步骤③后加上。
步骤⑥;改为:其中不足半个的 舍去,多于半个的算一个。
一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积
解析：由实验步骤可知,
缺少的实验步骤是将爽身粉均匀撒在水面上,应在步骤③后加上。
错误的是步骤⑥：
应该改为:计算出轮廓范围内正方形的总数为N,其中不足半个的 舍去,多于半个的算一个。
一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积
变式训练1
变式训练2在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,现有按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液,还有一个盛有约2 cm深水的浅盘,一支滴管,一个量筒。
①用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,其体积为
V。再用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸
薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图所示。
已知坐标纸上每个小方格面积为S,则油膜面积为
　　　　(填写S的整数倍)。
②估算油酸分子直径的表达式为d=　　　　。
要点提示①求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去,数出总格数是8,故面积为8S;
②1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
8S
要点提示
①求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去,数出总格数是8,故面积为8S;
②1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
变式训练2
(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置,酒精的挥发会导致溶液的浓度改变,从而给实验带来较大的误差。
(2)利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时,没有使用正确的观察方法而产生误差。
(3)油滴的体积过大,同时水面面积过小,不能形成单分子油膜。
(4)描绘油膜形状的画线误差。
(5)利用小正方形个数计算轮廓的面积时,轮廓的不规则性容易带来误差。
(6)不考虑油酸分子的空隙计算分子直径的误差。
3. 实验误差分析
二、用油膜法估测分子大小的实验操作
例2 “用油膜法估测分子的大小”的实验方法及步骤如下:
①向体积V油=1 mL的油酸中加酒精,直至总量达到V总=500 mL;
②用注射器吸取①中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n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL;
③先往边长为30~40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上;
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状;
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,
如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,
小方格的边长a=20 mm。
典例精析
根据以上信息,回答下列问题:
(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'为　 mL;
油酸薄膜的面积S约为　　　　 mm2;由此可计算出
油酸分子的直径d约为　　　　 。(结果均保留2位有效数字)
(2)(多选)某同学在用油膜法估测分子的大小实验中,计算结果明显偏大,可能是由于　　　　　。
A.粉末太薄使油酸边界不清,导致油膜面积测量值偏大
B.粉末太厚导致油酸未完全散开
C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL的溶液滴数多数了几滴
2.0×10-5
4.4×104
4.5×10-10 m
BC
n=111
例2
答案(1)2.0×10-5　4.3~4.7×104　4.2~4.6×10-10 m　(2)BC
典例精析例2
变式训练3：在“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1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为80滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油膜在水面上尽可能散开,测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中正方形方格的边长为1 cm。
(1)实验中为什么要让油膜尽可能散开
(2)实验测出油酸分子的直径是多少 (结果保留两位有效数字)
(3)如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S,这种油的密度为ρ,摩尔质量为M,试写出阿伏加德罗常数的表达式。
变式训练3
课堂小结:
(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积
(3)估算分子的直径
如果一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 所形成的单分子油膜的面积为 则分子的直径为
（2）测量单分子油膜的面积
数出轮廓内的方格数n(不足半个的舍去,多于半个的算一个)，则：
用油膜法估测分子大小的操作
1.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1 mL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(　　)
答案D
课堂演练
2.在做“用油膜法估测分子的大小”实验中,油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器抽得1 mL上述溶液,共有液滴50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待油膜稳定后,将玻璃板放在浅盘上,
在玻璃板上描出油膜的轮廓,随后把玻璃板放在坐标纸上其形状如图所示,坐标中正方形小方格的边长为20 mm。则:
(1)油酸膜的面积是多少
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径。
轮廓包围的方格约60个,则油酸膜的面积
S=60×(2×10-2)2 m2=2.4×10-2 m2。
课堂演练
解析(1)轮廓包围的方格约60个,则油酸膜的面积
S=60×(2×10-2)2 m2=2.4×10-2 m2。
(2)每滴溶液中含纯油酸的体积
答案(1)2.4×10-2 m2　(2)1.2×10-5 mL　(3)5×10-10 m
3.某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:油酸的摩尔质量M=0.283 kg·mol-1,密度ρ=0.895×103 kg·m-3。若100滴油酸的体积为1 mL,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少
(取NA=6.02×1023 mol-1,球的体积V与直径D的关系为 ,结果保留两位有效数字)
答案：10 m2
V= πD3
由公式D
课堂演练
知识架构
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
油酸溶液的配置及体积的估测和计算；单分子油膜形成情况及面积估算等等
知识归纳
将一滴溶液滴入水中形成稳定的单分子油膜，估算出油膜的面积
误差分析
配置一定浓度油酸酒精溶液
计算一滴溶液中纯油酸的体积
测出纯油酸的体积为V,测出单分子油膜的面积为S,则分子的大小(即直径)为 。
数据处理
实验原理
数据
处理与分析
实验操作
用油膜法
估测油酸
分子大小
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
1.正误判断
(1)为了便于研究,我们通常把固体和液体分子看作球形。(　　)
(2)油酸分子直径的数量级为10-10 m。(　　)
(3)为了减小误差,在做用油膜法估测分子大小的实验时,可以直接使用纯油酸。(　　)
课堂检测
√
√
×
2.(多选)关于分子,下列说法中正确的是(　　)
A.分子的形状要么是球形,要么是立方体
B.所有分子的直径都相同
C.不同分子的直径一般不同,但数量级基本一致
D.测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中一种方法
解析实际上,分子的结构非常复杂,它的形状并不真的都是球形或立方体,分子的直径不可能都相同,测定分子大小的方法有许多种,尽管用不同方法测出的结果有差异,但数量级基本是一致的,故选项A、B错误,C、D正确。
答案CD
课堂检测
3.(多选)“用油膜估测油酸分子的大小”的实验基础是(　　)
A.把油酸分子视为球体,其直径即为油膜的厚度
B.让油酸在水面上充分散开,形成单分子油膜
C.油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积
D.油酸分子直径的数量级是10-15 m
解析油酸分子可视为球体,油膜的厚度可看成分子直径,油酸分子可看成一个紧挨着一个排列,油滴扩展为油膜时体积不变,即V=Sd。分子直径的数量级是10-10 m,故A、B、C正确,D错误。
答案ABC
课堂检测
4.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
答案B
课堂检测
谢谢观看
同学们再见