人教版高二（上）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 课件（共32张PPT）

第一章　分子动理论
实验：用油膜法估测油酸分子的大小
2
通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
1
掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。
重点
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！
那么，通过什么途径可以知道分子的大小呢？下面我们通过一个实验来估测分子的大小。
如何估测一粒黄豆的直径？
通过测量较大量来研究较小量
d=????????
?
1.实验目的
估测油酸分子的大小。
了解一般分子大小的数量级
学会模型法，估算法等科学方法的应用
观察与思考
一、实验思路
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。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。
俯视
侧视
水
油酸分子
d
侧视
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 。
①模型化 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层
②理想化 把分子看成球形
油酸分子一个个紧挨着整齐排列，认为油膜的厚度d就是分子的直径。
油酸分子
③估算 实验中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，即d=????????
?
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。
1.油酸中加酒精配制成油酸酒精溶液的目的是什么？
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.如何测出一滴油酸酒精溶液的体积？
测出N滴油酸酒精溶液的体积V，则一滴油酸酒精溶液的体积V0=????????。
?
d
3.如何测出油膜散开后形成的不规则图形的面积？
(1)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。
(2)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。
(3)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。
4.如何计算油酸分子的大小？
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d=????????。
?
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)配制油酸溶液(稀释)：
用注射器吸取体积为V1的油酸，注入一定体积的量筒中，加入无水酒精至体积V2刻度线，充分搅匀后得到体积比(浓度)为V1V2的油酸酒精溶液。
?
为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。
(2)测量一滴油酸溶液的体积(分割)：
用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，记下液滴的总滴数N和它们的总体积V3，则一滴油酸酒精溶液的体积为V3????。
?
(3)求出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
1滴溶液中纯油酸的体积=油酸酒精溶液总体积总滴数×油酸酒精浓度
?
V1V2=VV3????
?
V=V3V1????V2
?
(1)在浅盘里盛上水，将爽身粉(痱子粉或细石膏粉)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。
2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S
(4)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。
(3)油酸立即在水面散开，形成一块油膜，油膜上没有爽身粉（痱子粉或细石膏粉），可以清楚地看出它的轮廓。
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
互补法
正方形的个数n乘单个正方形的面积s0就得到油膜的面积S=s0n。
1.配制溶液(稀释)
2.精测一滴液体体积
3.水盘取水，撒痱子粉
4.滴一滴溶液形成单层表面薄膜
5.描油膜形状(放上玻璃板，等液面稳定后)
6.放坐标纸，数格子(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，计算油膜面积
7.求分子直径
实验步骤(概要)
四、数据分析
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
水
油酸分子
d
d---- 单分子油酸的直径
V--- 一滴油酸分子的体积
S--- 一滴油酸分子的面积
S= ns0
V=V3V1????V2
?
d=VS=V3V1s0n????V2
?
五、误差分析及注意事项
1.误差分析
测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的观察方法而产生误差。
(1)偶然误差
利用小正方形个数计算油膜的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差
(2)系统误差
酒精的挥发会导致溶液的浓度改变
油酸的体积过大，或水面面积过小，不能形成单分子油膜
描绘油膜形状的画线误差
不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差
(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，待油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。
(5)数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。
2.注意事项
　 1.(2024·北京市西城区高二期末)利用“油膜法估测分子直径”实验体现了构建分子模型的物理思想，应用了通过对宏观量的测量来间接测量微观量的方法。
(1)某同学进行了下列操作：
A.向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上扩展为形状稳定的油酸薄膜
C.取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液。测量一滴油酸
酒精溶液中纯油酸的体积V
D.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S
E.将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上。
正确操作的合理顺序是　　　 　(填字母代号)；?
CABED
(2)已知实验室中使用的油酸酒精溶液每2 000 mL溶液中含有1 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶液的总体积为1 mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。
①油膜占有的面积约为　　　 cm2；?
②油酸分子的大小d≈　　　　 m(结果保留一位有效数字)；?
117
9×10-10
(3)为减小误差，该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积，而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为l mL，下列实验采用了类似方法的有　　。?
A.“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量
B.“用双缝干涉测光的波长”实验中的测量相邻亮条纹间的距离
C.“用单摆测重力加速度”实验中单摆的周期的测量
BC
2.(2024·东莞市高二期末)在“油膜法估测分子直径”实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
(1)本实验首先需要将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成　　　　(选填“单层”或“多层”)分子油膜。若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸

体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为　 。
单层
????????
?
(2)甲同学在实验中先取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液，测量并计算一滴溶液中含有油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作，甲同学操作不恰当的是　 　(填字母代号)。
A.向浅盘中倒入约2 cm深的水，用勺子将痱子粉倒在水面上，使痱子粉
有较大的厚度
B.用注射器将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，注射器尽可能远离水面
C.待油膜稳定后，将带有坐标方格的玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油
膜轮廓画在玻璃板上
D.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个
数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，估算油膜的面积
AB
(3)乙同学将1 cm3的油酸溶于酒精，制成500 cm3的油酸酒精溶液，测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜面积是0.12 m2。由此估算出油酸分子的直径约为_________ m(结果保留一位有效数字)。?
3×10-10
(4)丙同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d比真实值偏小。出现这种情况的原因可能是_____(填字母代号)。?
A.水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
C.计算油膜面积时，将不完整的方格全部作为完整方格处理
C
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
(1)本实验首先要制备油酸酒精溶液，并明确一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，同时通过量筒测出N滴油酸酒精溶液的体积；再向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上；然后将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘里的水面上，等待形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油酸膜的形状；接着将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，按不足半格舍去，多于半格的算一格，统计出油酸薄膜的面积。最后用一滴溶液里纯油酸的体积除以其面积，恰好就是油酸分子的直径。故正确的步骤为CABED。
(2)由题图得油膜占有的面积约为117 cm2。
一滴溶液里油酸的体积为V=150×12?000 mL=1×10-5 mL
油酸分子的大小d=????????≈9×10-10 m
?
(3)为减小误差，该实验并未直接测量1滴油酸酒精溶液体积，而是用滴管测得n滴这种酒精油酸溶液的总体积为1 mL。该方法为累积法。“测定玻璃的折射率”实验中折射角的测量不是用累积法，故A错误；“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中相邻亮条纹间的距离的测量，也是测量多个亮条纹间距，然后求解相邻亮纹间距，采用的是累积法，故B正确；“用单摆测量重力加速度的大小”实验中，单摆的周期的测量是测量至少30次全振动的时间，然后用T=????????求解周期，采用的是累积法，故C正确。
?
(1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验依据是：①油膜是呈单层分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙。由上可知，在水面上要形成单层分子油膜。一滴溶液中含有油酸的体积为V，油酸分子的直径为d=????????
?
(2)向浅盘中倒入约2 cm深的水，应将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，若所撒痱子粉太厚会导致薄层的面积偏小，故A符合题意；用注射器将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，高度适中，注射器不是越远离水面越好，故B符合题意；待油膜稳定后，将带有坐标方格的玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油膜轮廓画在玻璃板上，操作合理，故C不符合题意；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个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，估算油膜的面积，操作合理，故D不符合题意。
(3)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=1500×150 cm3=4×10-5 cm3=
4× 10-11 m3，油酸分子的直径约为d=????????=4×10?110.12 m≈3×10-10 m
?
(4)油酸分子的直径计算公式为d=????????，水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，油膜面积S偏小，测量的油酸分子的直径偏大，故A错误；若将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算，V偏大，测量的油酸分子的直径偏大，故B错误；计算油膜面积时，将不完整的方格全部作为完整方格处理，油膜面积S偏大，测量的油酸分子的直径偏小，故C正确。
?
本节课结束