1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小
基础知识导学
一、实验目的
学会用单分子油膜法估测油酸分子的大小。
二、实验原理
当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，从而在水面上形成一层纯油酸的单分子层薄膜，如图所示。如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径。
实验中如果算出一定体积V的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可算出油酸分子直径的大小，即d＝ 。
三、实验器材
清水、酒精、 、浅盘(边长约为30～40 cm)、注射器、烧杯、彩笔、爽身粉(或石膏粉)、带有 的玻璃板、容量瓶(500 mL)。
四、实验步骤
1．配制油酸酒精溶液：取1 mL纯油酸注入容量瓶中，向其中注入酒精，直至液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中。
2．在浅盘中盛入适量的水(约2 cm深)，将爽身粉均匀地撒在水面上，使水处于稳定状态。
3．用注射器吸取一段 溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积Vn，用注射器将该段油酸酒精溶液一滴一滴地注入烧杯中，并记下液滴的总滴数n。
4．由V0＝ 算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。
5．用注射器将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘水面中央，形成油膜。待油酸薄膜的形状稳定后，将带有 的玻璃板放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
6．根据油膜轮廓范围内的正方形个数，算出油酸薄膜的面积S。
7．根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，由d＝
算出油酸薄膜的厚度d。
8．重复以上实验，多测几次油酸薄膜的厚度，并求其平均值，即为油酸分子直径的大小。
五、数据处理
在实验中由d＝计算分子的直径，“V”是经过换算后一滴油酸酒精溶液中 的体积。各物理量的计算方法如下：
1．一滴油酸酒精溶液的体积V0＝(n为滴数，Vn为n滴油酸酒精溶液的体积)。
2．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝V0×η(η为油酸酒精溶液的浓度)。
3．油酸薄膜层的面积S＝ (n为有效个数，a为小正方形的边长)。
4．注意单位的统一。
六、注意事项
1．油酸酒精溶液配制后不宜长时间放置，以免酒精挥发改变油酸酒精溶液的浓度，增大实验误差。
2．量取1 mL油酸酒精溶液后计量滴数时，应尽量使每滴溶液大小相同。
3．实验之前练习好滴定方法，注射器针头离水面的高度应在1 cm之内。
4．待测油酸液面扩散后又收缩，要在油酸薄膜稳定后再画轮廓。扩散后又收缩的原因：一是水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。
5．做完实验后，将水从盘的一侧边缘倒出，在这一侧面会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，以保持盘的清洁。
6．本实验只要求估测油酸分子的大小，实验结果数量级符合要求即可。
七、主要误差
1．油酸酒精溶液的实际体积分数和理论值间存在偏差。
2．1滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差。
3．爽身粉和油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差。
4．采用“互补法”(不足半个的舍去，多于半个的算一个)计算获得的油膜的面积与实际的油膜的面积间存在偏差。
基础小题试练
1.下列关于分子动理论的说法中正确的是( )
A.两个邻近分子间不可能同时存在斥力和引力
B.布朗运动就是液体分子的无规则热运动
C.扩散现象和布朗运动表明，分子在做永不停息的热运动
D.微粒越大，液体温度越高，布朗运动就越明显
2.（1）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的浓度为滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓（如图所示），测得油膜占有的正方形小格个数为x。用以上字母表示一滴酒精油酸溶液中的纯油酸的体积为_______；油酸分子直径约为_______。
（2）已知水的密度为ρ，阿伏加德罗常数为，水的摩尔质量为M，在标准状况下水蒸气的摩尔体积为V，求相同体积的水和可视为理想气体的水蒸气中所含的分子数之比_______。
3.某实验小组在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时。
（1）在实验中，认为油酸分子在水面上形成的是单分子层，这体现的物理思想方法是_______。
A.等效替代法 B.类比法 C.理想模型法 D.控制变量法
（2）下列操作中可能导致d偏大的是_______。
A.计算油膜面积时，只数了完整的方格数
B.求每滴溶液的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴
C.计算油膜面积时，把部分不足半格的油膜都算成一格
D.配制好油酸酒精溶液后，由于静置时间过长，有一部分酒精挥发，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值偏大了
4.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.6mL.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1mL.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，稳定后形成的油膜的形状如图所示.若每一小方格的边长为25mm，试问：
(1)实验中将油酸分子看成是球形的，所采用的研究方法是_________.
A.等效替代法 B.控制变量法 C.理想模型法 D.比值定义法
(2)根据上述数据，一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________；估测出油酸分子的直径是________m.(结果均保留一位有效数字)
5.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
（1）若实验中所用油酸酒精溶液的浓度为每溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，水面稳定后油酸的轮廓的形状和尺寸如图所示。坐标纸中正方形方格的边长为1cm，则油酸薄膜的面积约为_________，按以上实验数据估测出油酸分子的直径约为________m（结果保留一位有效数字）。
（2）若该小组同学在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积之后，不小心拿错了另一个注射器把溶液滴在水面上。拿错的注射器针管比原来的粗，这会导致实验测得的油酸分子直径________（填“偏大”或“偏小”）。
答案以及解析
1.答案：C
解析：A.两个邻近分子间的斥力和引力是同时存在的，故A错误；BC.扩散现象表明分子在做永不停息的无规则运动，布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则热运动，故B错误，C正确；D.微粒越小，液体温度越高，布朗运动越明显，故D错误。故选C。
2.答案：（1）；（2）
解析：（1）一滴酒精油酸溶液中的纯油酸的体积为
油膜的面积为
则油酸分子直径约为
（2）设体积都是的相同体积的水和可视为理想气体的水蒸气，则水中含有水分子数为
水蒸气中含有水分子数为
则
3.答案：（1）C
（2）A
解析：（1）在实验中，认为油膜分子在水面上形成的是单分子层，使实验简单化，体现了物理思想中的理想模型法，故选C。
（2）A.根据题意可知，油酸分子的直径为，在计算油膜面积时，只数了完整的方格数，则油膜面积偏小，直径偏大，A正确；
B.求每滴溶液的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴，则体积测量值偏小，直径偏小，B错误；
C.计算油膜面积时，把部分不足半格的油膜都算成一格，则油膜面积偏大，直径偏小，C错误；
D.配制好油酸酒精溶液后，由于静置时间过长，有一部分酒精挥发，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值偏大了，则体积测量值偏小，直径偏小，D错误。
故选A。
4.答案：(1)C(2)；
解析：（1本实验中认为油酸分子均匀分布在液体表面，每个分子看作球形，通过计算油膜的厚度来计算分子的直径，所采用的方法为理想模型法，故选C。
（2）根据题中信息可知，一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
根据题图可知油膜的面积
根据公式可得
5.答案：（1）72（若写为7074也算对）；（2）偏小
解析：（1）将油膜边界内大于半格的作为一格，不足半格的舍弃，油膜面积
油酸酒精溶液的浓度
一滴油酸酒精溶液的体积
一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积
油酸分子的直径
（2）该同学拿错的注射器针管比原来的粗，油酸酒精溶液的体积变大，油膜的面积变大，但体积仍然按照原来的体积，根据油酸分子直径可知，测定的油酸分子的直径偏小。