1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小（学案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第一章 分子动理论
第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
学习目标
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。
重点难点
重点
通过实验估测油酸分子的大小的过程。
难点
1.利用宏观量测量微观量的方法。
2.测量一滴油酸酒精溶液的体积。
自主探究
1.油膜法是一种粗略测定分子大小的方法，其方法是把一滴油酸酒精溶液滴到水面上，油酸分子在水面上散开，形成① ，如果把分子看成球形，如图所示，单分子油膜的厚度就可以认为等于② 。
2.如果一滴油酸酒精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 。
3.实验器材：注射器、④ 、浅盘、玻璃板、⑤ 、痱子粉或滑石粉、水、油酸酒精溶液、细彩笔等。
答案：
①单分子油膜 ②分子的直径 ③ ④量筒 ⑤坐标纸
预习检测
1.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，配制出的油酸酒精溶液，每一升含有ρ升的纯油酸，n滴上述溶液的体积为V。把1滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，测出油膜的面积为S，则该油酸分子的直径为 （ ）
A. B. C. D.
2.用单分子油膜法测分子的直径时，对其所用实验方法的正确认识是 （ ）
A.用量筒测得油酸酒精溶液的体积V，计算油酸分子直径时要用到
B.用透明方格纸，是为了便于估算一滴油酸溶液形成的油膜的面积
C.在水面上撒些痱子粉，是为了让油膜尽量散开并呈现圆形
D.在水面上撒些痱子粉，是为了围住油膜形成规则形状
3.在“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，关于油膜面积的测量方法，下列做法正确的是
（ ）
A.油酸酒精溶液滴人水中后，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在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积
D.油酸酒精溶液滴人水中后，应让油膜尽可能散开，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，然后用坐标纸去计算油膜的面积
答案：1.D 2.B 3.D
探究思考
【探究一】实验：用油膜法估测分子的大小
1.实验原理
把一滴油酸(事先测出其体积V)滴在水面上，油酸在水面上形成油膜，认为其是单分子层，且把分子看成球形，则油膜的厚度就是油酸分子的直径d，测出油膜的面积S，则油酸分子的直径为
2.实验器材
配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、痱子粉或细石膏粉、注射器、量筒、玻璃板、彩笔、坐标纸等。
3.实验步骤
(1)配制油酸酒精溶液，取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL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1mL)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30~40cm的浅盘里倒入约2cm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，形成一块油膜。
(4)待油膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
(5)将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油膜的面积S。求面积时以坐标纸上边长为1cm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，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。根据一滴纯油酸的体积V和油膜的面积S即可算出油膜的厚度，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
量筒内增加1mL溶液时的滴数
一滴纯油酸的体积V
轮廓内的小格子数
轮廓面积S
分子的直径/m
平均值/m
4.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)待测油膜扩散后又会收缩，要在油膜的形状稳定后再描轮廓。
5.误差主要来源
(1)配置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产生误差。
(3)油酸在水面上实际分布的均匀情况存在误差。
(4)采用“不足半个的舍去、多于半个的算一个”的互补法计算油膜的面积存在误差。
知识梳理
第2节 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
(1)通过宏观量测量微观量。
(2)建立分子模型。
(3)计算分子直径
2.物理量的测量
(1)测量一滴油酸酒精溶液的体积：
①配制一定浓度的油酸酒精溶液。
②测量一滴油酸酒精溶液的体积。
③计算一滴油酸酒精溶液里所含纯油酸的体积。
(2)测量一滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积：
①撒粉，滴液。
②记录油膜的形状。
③获得油膜的面积。
3.数据分析
随堂训练
1.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,下列说法错误的是( )
A.在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定后撒入痱子粉
B.在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积
C.油酸未完全散开时就开始测量油酸膜的面积,会导致计算结果偏大
D.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
2.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．根据可以估测油酸分子的直径
Ｄ．根据可以估测油酸分子的直径
3.在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中:关于油膜面积的测量方法,下列说法中正确的是( )
A.油酸酒精溶液滴人水中后,要立刻用刻度尺去量油膜的面积
B.油酸酒精溶液滴人水中后,要让油膜尽可能地散开,再用刻度尺去量油膜的面积
C.油酸酒精溶液滴人水中后,要立即将油膜的轮廓画在玻璃板上,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,要让油膜尽可能散开,等到状态稳定后,再把油膜的轮廓画在玻璃板上,用坐标纸去计算油膜的面积
4.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用amL纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液,现已测得一滴溶液cmL,将一滴溶液滴入水中,油膜充分展开后面积为S,估算油酸分子的直径大小为（ ）
A. B. C. D.
答案以及解析
1.答案：A
解析：液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败,A错误,B正确；油酸分子直径，油酸未完全散开，所测S偏小,d偏大,C正确;将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸膜的面积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,D正确。
2.答案：B
解析：水面上形成的油酸薄膜的体积为，所以A错误。
油酸分子的直径为，所以C、D选项错误。
痱子粉是为了便于确定出油酸膜的轮廓正确，B选项正确。
3.答案：D
解析：油酸酒精溶液滴入水中后,不能立即用刻度尺去量油膜的面积,因为此时油酸溶液还未完全散开,选项AC错误;
也不能让油膜尽可能散开再去量油膜的面积,此时油酸溶液中的酒精还未挥发,故应等状态稳定后,再把油膜的轮廓画在玻璃板上,用坐标纸去计算油膜的面积,选项B错误,D 正确。
4.答案：A
解析：纯油酸体积为: , 油膜面积为S, 油酸分子直径,所以A选项是正确的,BCD错误;所以选A。
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