【江苏专版】62 第十四章 实验二十　用油膜法估测油酸分子的大小 课件《高考快车道》2026高考物理一轮总复习

(共32张PPT)
第十四章　热学
实验二十　用油膜法估测油酸分子的大小
实验储备·一览清
实验类型·全突破
1．将所有的实验用具擦洗干净，不能混用。
2．油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。
3．方盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。
类型1　 教材原型实验
实验原理与操作
[典例1]　(实验原理与操作)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
(1)实验时需要使油酸在水面上形成________油膜，将油酸分子看成________模型；
单分子层
球形
(2)如图所示的四幅图反映了实验中的四个步骤，将它们根据教材内容按实验操作先后顺序排列应是_________(用符号表示)；
dacb
(3)1 mL的油酸中加入酒精至10 mL得溶液a，再取1 mL溶液a并向其中加入酒精至 500 mL 得溶液b；用注射器吸取溶液b，一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入100滴时，量得其体积为1 mL，则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为________ mL(结果保留两位有效数字)；
(4)向水面滴入一滴溶液b，水面上散开的油膜面积约为68 cm2，则油酸分子直径为_________ m(结果保留两位有效数字)。
2.0×10-6
2.9×10-10
[解析]　(1)实验时需要使油酸在水面上形成单分子层油膜，将油酸分子看成球形模型。
(2)“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径；故题图中四个步骤按操作先后顺序排列应是dacb。
(3)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
V0＝ mL＝2.0×10-6 mL。
(4)油酸分子直径为
d＝＝ m≈2.9×10-10 m。
1．纯油酸体积的计算引起误差。
2．油膜形状的画线误差。
3．数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。
数据处理与误差分析
[典例2]　(数据处理与误差分析)(2024·江苏苏州一模)(1)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1 000 mL溶液中有0.6 mL油酸。用注射器测得1 mL上述溶液有50滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，画出油膜的形状。如图所示，坐标纸中正方形方格的边长为1 cm，按以上实验数据估测出油酸分子的直径是________ m。(结果保留1位有效数字)
9×10-10　
(2)若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M(单位为kg/mol)，油酸的密度为ρ(单位为kg/m3)。则下列说法正确的是________。
A．1 kg油酸所含有分子数为ρNA
B．1 m3油酸所含分子数为
C．单个油酸分子的质量为
D．油酸分子的直径约为
C
(3)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误。这三位同学的错误操作导致实验测得的油酸分子直径偏小的是________。
A．甲使用了配置好但在空气中搁置了较长时间的油酸酒精溶液
B．乙在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细
C．丙在计算油膜面积时，把轮廓范围内半个左右的正方形都舍去了
A
[解析]　(1)题图中油膜大约有135个小方格，则油膜的面积为
S＝135×12 cm2＝135 cm2
每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V0＝ mL＝1.2×10-5 mL
则油酸分子的直径为
d＝≈9×10-10 m。
(2)1 kg油酸所含有分子数为n＝NA＝，故A错误；1 m3油酸所含分子数为n＝·NA＝，故B错误；1个油酸分子的质量为m0＝，故C正确；设油酸分子的直径为d，则有π＝，解得d＝，故D错误。
(3)根据d＝，可知甲使用了长时间放置的溶液，计算用的浓度小于实际浓度，故分子直径的计算结果偏小，故A正确；乙在计算注射器滴出的一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小，则代入计算的每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积偏大，分子直径的计算结果偏大，故B错误；丙在计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都舍去了，代入计算的油膜面积偏小，因此d的测量值偏大，故C错误。
[典例3]　(实验器材创新)(1)在“用油膜法估测分子的大小”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酒精溶液，向撒有爽身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(结果保留1位有效数字)。
类型2　 实验拓展与创新
256
8×10-10
(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1.43×10-8 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2位有效数字)。
9.4×10-10
[解析]　(1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝＝。溶液浓度为，每滴溶液体积为 mL，2滴溶液中所含油酸体积为V＝2×10-5 cm3，油膜厚度即油酸分子的直径是d＝≈8×10-10 m。
(2)直径为1.43×10-8 m的圆周周长为l＝πd≈4.5×10-8 m，可以估算出铁原子的直径约为d′＝ m≈9.4×10-10 m。
创新点解读　测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。本题(2)的实验计算铁原子的直径应用了“用扫描隧道显微镜拍下的一个‘量子围栏’的照片”，不同于常规的油膜法。
实验针对训练(二十)　用油膜法估测油酸分子的大小
1．(实验原理与操作)(2021·江苏新高考适应性考试)在“用油膜法估测分子的大小”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，描出的油膜轮廓如图所示，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．7×10-8 m B．1×10-8 m
C．7×10-10 m D．1×10-10 m
√
C　[1滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V＝＝0.25×
10-5 cm3，油膜的面积为S＝＝35 cm2，油酸分子直径为d＝＝ cm≈7.1×10-10 m，故选C。]
2．(数据处理与误差分析)(1)“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是________。
A．考虑了各油酸分子间的间隙
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．将油酸形成的膜看成单分子油膜
D．将油酸分子看成立方体
BC　
(2)某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，计算结果偏大，可能是由于________。
A．油酸未完全散开
B．油酸酒精溶液浓度低于实际值
C．求每滴体积时1 mL的溶液的滴数多记了 10滴
A
(3)在“用油膜法估测分子的大小”实验中所用的油酸酒精溶液为
1 000 mL, 溶液中有纯油酸 0.6 mL，用量筒测得 1 mL 上述溶液为80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，油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，
图中正方形方格的边长为1 cm，试求：
①油酸膜的面积是________ cm2。(结果保留三位有效数字)
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________ m3。
③实验测出油酸分子的直径是_________ m。(结果保留2位有效数字)
④实验中为什么要让油膜尽可能散开？________________________
_________________________。
105
7.5×10-12
7.1×10-10
这样做的目的是让油膜在
水面上形成单分子层油膜
[解析]　(1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙，由此可知A、D错误，B、C正确。
(2)计算油酸分子直径的公式是d＝，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积。油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A正确；如果油酸酒精溶液浓度低于实际值，则代入的油酸的体积偏小，则直径将偏小，故B错误；求每滴体积时，1 mL 的溶液的滴数多记了10滴，由V0＝可知，纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故C错误。
(3)①由题图图示可知，由于每格边长为 1 cm，则每一格就是 1 cm2 ，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出105格。则油酸薄膜面积S＝105 cm2。
②一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积为V＝＝7.5×10-6 mL＝7.5×10-12 m3。
③油酸分子直径为d＝＝ m≈7.1×10-10 m。
④当油酸酒精溶液滴在水面后，让油膜尽可能散开，目的是让油膜在水面上形成单分子层油膜。
谢 谢 ！