第一章　分子动理论　2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课时练（含解析）-2024春高中物理选择性必修3（人教版）

2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小
1．(2022·江苏泗阳县实验高级中学高二月考)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，下列说法正确的是(　　)
A．实验中使用油酸酒精溶液，酒精的作用是能使油酸和爽身粉之间形成清晰的边界轮廓
B．本实验不考虑油酸分子间的间隙
C．将油酸酒精溶液滴入水中后应立即迅速描绘油膜轮廓
D．为减小实验误差，应往均匀撒好爽身粉的浅盘中多滴几滴油酸酒精溶液
2．(2023·苏州市高二期中)为了减小“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是(　　)
A．为使油酸和酒精充分混合，配成的溶液需静置较长时间
B．将油酸酒精溶液滴在水面上时，滴管距水面距离需要近一些
C．为清晰显示油膜的边界，滴入油酸酒精溶液后再撒上爽身粉
D．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状
3．(2022·南通市高二期末)某同学在做油膜法估测油酸分子直径的实验时，滴下油酸酒精溶液后，发现爽身粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，可能是由于(　　)
A．盆中水太多
B．爽身粉撒得太多，且厚度不均匀
C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层油膜
D．油酸酒精溶液浓度过大
4．(2023·徐州市高二期中)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出油膜轮廓，数出油膜共占140个小方格，每格边长是0.5 cm，由此估算出油酸分子直径为(　　)
A．7×10－9 m
B．3×10－9 m
C．7×10－10 m
D．3×10－10 m
5．(全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是__________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以______________________________。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是______________________________________。
6．在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验步骤如下：
A．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在玻璃板上。
B．用公式d＝求出薄膜厚度，即油酸分子的大小。
C．已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c，将此油酸酒精溶液一滴滴地滴入小量筒中，当滴入N滴溶液时小量筒内溶液体积为V。
D．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x(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长为a，求出油膜的面积。
E．用浅盘装入约2 cm深的水。
(1)将上述实验步骤进行排序，正确的顺序应该是________________________________(写步骤前的序号)；上述步骤中有一处遗漏和不完整，请指出并补充完整_______________________。
(2)实验中要让油酸在水面尽可能散开，形成单分子油膜，并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为________。
A．控制变量法
B．理想化模型法
C．极限思想法
D．等效替代法
(3)从图中可数出小正方形的有效个数x＝________________。油酸分子的直径d＝______________(用题中给出的符号表示)。
7．(2022·南京市第一中学高二阶段练习)(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是________________ cm2，由此估算出油酸分子的直径是________________ m(保留1位有效数字)。
(2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.4×10－8 m的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为__________ m(结果保留1位有效数字)。
(3)做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，四个同学都发生了一个操作错误，导致最后所测分子直径偏大的是________。
A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了
B．乙同学用注射器测得58滴油酸酒精的溶液为1 mL，不小心错记录为59滴
C．丙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取一滴溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗
D．丁同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格
2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小
1．B　[实验中使用到酒精溶液，其中酒精的作用是对油酸起稀释作用，尽可能地减少滴入水面的油酸的含量，故A错误；油膜是呈单分子分布的，实验中把油酸分子看成球形，分子间没有空隙，故B正确；溶液滴入水中后，应让油膜尽可能散开，形成单分子油膜，稳定后再把油膜的轮廓画在玻璃板上，然后用坐标纸计算油膜的面积，故C错误；多滴几滴油酸酒精溶液，不利于形成单分子油膜，故D错误．]
2．B　[酒精易挥发，静置较长时间油酸分子浓度会变大，为减小误差，溶液应现配现用，A错误；若离水面太高，可能无法形成油膜，故将油酸酒精溶液滴在水面上时，滴管距水面距离需要近一些，B正确；为清晰显示油膜的边界，爽身粉要在滴入油酸酒精溶液前撒上，C错误；牙签拨弄油膜可能会形成间隙，同时会带走部分油酸，且只要是单分子层油膜即可，对油膜形状没有要求，D错误。]
3．B　[由题图中情况可知，油酸并没有充分地推开爽身粉，故原因是爽身粉撒得太多，且厚度不均匀，因此选B。]
4．C　[根据题意1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸体积为V＝ mL×，油膜轮廓的面积为S＝0.5×0.5×10－4×140 m2＝3.5×10－3 m2
故油酸分子直径为d＝≈7×10－10 m，故选C。]
5．使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积
解析　由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积。油酸分子直径等于一滴溶液中纯油酸的体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即d＝，故除测得一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。
6．(1)CEADB　步骤A中，在水面上均匀地撒上爽身粉或细石膏粉　(2)B　(3)8　
解析　(1)应该先配制溶液→准备浅盘→将溶液滴到水面上→描出轮廓→求出体积→根据公式算出分子直径。因此顺序为：CEADB。步骤A中应在浅盘的水面上均匀地撒上爽身粉或细石膏粉，以便描出油酸的轮廓。
(2)将油酸分子看成球形，在水面上形成单分子油膜。本实验体现的物理思想方法为理想化模型法。故选B。
(3)超过半个的算一个，小于半个的不算，总共为8个。纯油酸的总体积为cV，每一滴中所含纯油酸的体积为V0＝，每个小格的面积为a2，共有x个小格，因此油膜的总面积S＝a2x，油酸分子直径为d＝＝。
7．(1)256　8×10－10　(2)9×10－10　(3)A
解析　(1)通过数格就能计算油膜的面积，多于半个格的算一个，少于半个格的舍去，由题图所示油膜可知，油膜的面积为S＝256 cm2＝0.025 6 m2
两滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V＝2××＝2×10－5 mL＝2×10－5 cm3
油酸分子的直径为d＝＝ m≈8×10－10 m。
(2)圆周周长为2πR＝π×1.4×10－8 m，为48个铁原子的直径之和，所以铁原子的直径为d＝ m≈9×10－10 m。
(3)甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值大，由d＝可得，d偏大，A正确；乙同学用注射器测得58滴油酸酒精的溶液为1 mL，不小心错记录为59滴，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积偏小，由d＝可得，d偏小，B错误；丙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取一滴溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的粗，一滴油酸酒精溶液的实际体积变大，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变大，对应的油膜面积S变大，但体积V还是按原来的算的，由d＝可得，d偏小，C错误；丁同学计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格，计算出的油膜的面积S偏大，由d＝可得，d偏小，D错误。