2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--2　实验_用油膜法估测油酸分子的大小

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2025人教版高中物理选择性必修第三册
2　实验:用油膜法估测油酸分子的大小
基础过关练
题组一　实验原理与操作
1.(经典题)(多选题)(2024北京海淀期末)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时,先配制好一定浓度的油酸酒精溶液,并得到1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,往浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉均匀地撒在水面上,用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面散开形成一层油膜,可以清晰地看出它的轮廓,如图所示,待油膜形状稳定后量出它的面积为S。有关这个实验,下列说法正确的是 (　　)
A.实验中将油膜看成由单层的油酸分子组成,且不考虑油酸分子间的空隙
B.根据d=就可以粗略地测量酒精分子的直径
C.选择油酸作为被测物质,是因为油酸分子的结构有助于油酸在水面上形成单分子油膜
D.实验需配制一定浓度的油酸酒精溶液,其中的酒精可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
题组二　数据处理及误差分析
2.(2024浙江宁波阶段测试)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.5 mL,用滴管向量筒内滴50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加1 mL。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(结果均保留2位有效数字)
(1)若每一小方格的边长为10 mm,则油膜的面积为　　　　m2。
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为　　　　m3。
(3)根据上述数据,估算出油酸分子的直径为　　　　m。
(4)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.选用的玻璃板上的方格要大一些
B.油酸浓度适当小一些
C.油酸扩散后立即绘出轮廓图
3.(2024天津北辰阶段测试)(1)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,用移液管量取0.10 mL纯油酸,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上1 mL刻度处,再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,将带有正方形坐标格的玻璃板放在浅盘上,从上向下观察油膜,如图甲所示。坐标格中小正方形面积均为1 cm×1 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(计算结果保留1位有效数字)。
(2)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)。
　　
4.(经典题)(2024河南南阳阶段测试)某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)实验中,有下列实验操作步骤:
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痱子粉均匀地撒在水面上,用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待油膜形状稳定;
②将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的轮廓用彩笔描绘在玻璃板上;
③将画有油膜轮廓的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子的直径;
④用注射器将事先配制好的体积浓度已知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。
上述步骤中,正确的顺序是　　　　。(填写步骤前面的序号)
(2)每滴油酸酒精溶液的体积为V,将该溶液滴一滴到水面上,稳定后形成油膜的面积为S。油酸酒精溶液中油酸的体积浓度为ρ,则油酸分子直径的表达式为d=　　　　。
(3)实验中,某同学配制油酸酒精溶液时,不小心把酒精倒多了一点,所测的分子直径　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
5.(经典题)(2024辽宁沈阳期中)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,所用的油酸酒精溶液的浓度为1∶400,用注射器和量筒测得1 mL上述溶液为40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。
(1)本实验中做了三点理想化假设:
①将油酸分子视为球形;
②将油膜视为单分子油膜;
③油酸分子是紧挨在一起的。
(2)在滴入油酸酒精溶液之前,要先在水面上均匀地撒上痱子粉,这样做的目的是　　　　　　　　。
(3)测得油膜的面积约为140 cm2,则油酸分子的直径是　　　m。(结果保留2位有效数字)
(4)某同学计算出的油酸分子的直径明显偏大,可能的原因是　　　　。
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.求每滴溶液中纯油酸的体积时,1 mL溶液的滴数多计了10滴
6.(2024江苏盐城期中)某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)实验中使用到油酸酒精溶液,其中酒精的作用是　　　　。
A.可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
B.对油酸起到稀释作用
C.有助于测量一滴油酸的体积
D.有助于油酸的颜色更透明便于识别
(2)某次实验时,滴下油酸酒精溶液后,痱子粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案,出现该图样的可能原因是　　　　。
A.盆中装的水量太多
B.痱子粉撒得太多,且厚度不均匀
C.盆太小,导致油酸无法形成单分子层
(3)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,通过计算得到一滴溶液的体积为8.0×10-3 mL,其形成的油膜面积为40 cm2,则估测出油酸分子的直径为　　　　m。(计算结果保留2位有效数字)
(4)将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间,再使用该溶液进行实验会导致分子直径的测量结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.AC　在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,我们的实验依据是:①油膜是单层油酸分子;②把油酸分子看成球形;③不考虑油酸分子之间空隙,A正确。根据d=就可以粗略地测量油酸分子的直径,并不是酒精分子的直径,B错误。依据实验原理,之所以选择油酸作为被测物质,是因为油酸分子的结构有助于油酸在水面上形成单分子油膜,C正确。实验中使用油酸酒精溶液,其中酒精可以稀释油酸,有利于油酸在水面形成单分子油膜,酒精并不能促使形成清晰的边界轮廓,D错误。故选A、C。
2.答案　(1)8.0×10-3　(2)1.0×10-11　(3)1.3×10-9　(4)B
解析　(1)每个小方格的面积为S1=(10 mm)2=1×10-4 m2,油膜的面积约为S=80S1=80×10-4 m2=8.0×10-3 m2
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V= mL=1.0×10-11 m3
(3)把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则油酸分子的直径为d== m≈1.3×10-9 m
(4)为减小油膜面积计算误差,选用的玻璃板上的方格要小一些,A错误;为了能形成单分子油膜,油酸浓度应适当小些,B正确;绘制轮廓图应在油膜稳定后进行,C错误。故选B。
3.答案　(1)64　6×10-10　(2)9×10-10
解析　(1)由题意可知,油酸酒精溶液的浓度为ρ==4.0×10-4
1滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V=×10-6×4.0×10-4 m3=4.0×10-12 m3
油膜的面积为S=64×1×10-4 m2=6.4×10-3 m2=64 cm2
油酸分子的直径是d== m≈6×10-10 m
(2)由题可知,图乙圆周的周长为C=πD
其中D=1.4×10-8 m
设每个铁原子的直径为d,则有
d== m≈9×10-10 m
4.答案　(1)④①②③　(2)　(3)大于
解析　(1)根据实验思路,首先应该计算出一滴油酸酒精溶液的体积,然后在浅盘中加水,将痱子粉均匀地撒在水面上,滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,形成稳定的油膜,接着把玻璃板放在浅盘上获取油膜的轮廓,最后将画有油膜轮廓的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子的直径,正确的顺序为④①②③。
(2)一滴油酸酒精溶液的体积为V,油酸酒精溶液中油酸的体积浓度为ρ,则可知一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V'=ρV,由此可得油酸分子直径的表达式为d==。
(3)配制溶液的过程中将酒精倒多了一些,会造成一滴溶液中的纯油酸体积的实际值小于测量值(破题关键),根据d=,油酸分子直径的测量值大于实际值。
5.答案　(2)使油膜的边界清晰,便于描绘油膜的轮廓　(3)4.5×10-9　(4)AC
解析　(2)在滴入油酸酒精溶液之前,要先在水面上均匀地撒上痱子粉的目的是使油膜的边界清晰,便于描绘油膜的轮廓,方便测量油膜的面积。
(3)测得油膜的面积约为S=140 cm2=1.4×10-2 m2,
1滴该溶液中纯油酸的体积为
V=× mL=×10-6 m3
则油酸分子的直径是d=≈4.5×10-9 m。
(4)油酸未完全散开,油膜面积偏小,计算出的分子直径偏大,A符合题意;油酸中含有大量的酒精,不会影响测量结果,因为酒精最终会溶于水,或者挥发掉,B不符合题意;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,油膜面积的测量值偏小,计算出的分子直径偏大,C符合题意;求每滴溶液中纯油酸的体积时,1 mL溶液的滴数多计了10滴,纯油酸的体积测量值偏小,计算出的分子直径偏小,D不符合题意。故选A、C。
6.答案　(1)B　(2)B　(3)2.0×10-9 m　(4)偏小
解析　(1)用酒精将油酸稀释制成油酸酒精溶液,可以减少滴到水面上油酸的量,并且当油酸酒精溶液滴到水面上后,酒精迅速溶于水,油酸很容易形成单分子油膜,因此酒精起稀释作用,B正确。
(2)油膜边缘呈“锯齿”状,是因为痱子粉撒得太多,且厚度不均匀,导致油酸分子未完全散开,没有形成单分子油膜,故选B。
(3)油酸分子的直径为
d== m=2.0×10-9 m
(4)将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间,由于酒精的挥发,溶液的浓度会增大,但我们实验时还是按原来的浓度计算,会使计算的一滴溶液中纯油酸的体积偏小(破题关键),导致分子直径的测量结果偏小。
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