1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 高中物理 人教版 选择性必修三(共31张PPT)

(共31张PPT)
第一章　分子动理论
2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小
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！
分子
直径:10-10m
直径:10-1m
苹果
直径:107m
地球
如何估测一粒黄豆的直径？
通过测量较大量来研究较小量
一、实验思路
1.实验目的
估测油酸分子的大小。
观察与思考
2.　实验原理
把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜。把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图所示
水
油酸分子
d
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。
3.物理量的测量
(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。
二、实验器材
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。
三、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，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身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
撒爽身粉(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
四、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
五、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，爽身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。
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。
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
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
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40 cm的浅盘里倒入约2 cm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。
2.(2022·镇江中学高二月考)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
这种估测方法是将每个分子视为球形模型。
让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜。
这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。
油膜面积约为S＝132×25×25×10－6 m2≈8.3×10－2 m2。
每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为
(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。
3.(2022·临沂市高二期末)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
由题图可知，超过半格的有108格
所以油膜面积为S＝108×2 cm×2 cm＝432 cm2
一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为
(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.水面上爽身粉撒的较多，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。
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