1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小 课件（共40张PPT） 高二物理 人教版2019 选择性必修第三册

(共44张PPT)
2. 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
人教版（2019）物理（选择性必修第三册）
第一章 分子动理论
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.知道获得单分子油墨的方法
2.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
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
正确教育
新课讲解
思考
是否有其他方法测量绿豆的直径呢？
分子太小，肉眼不可见
等效替代
拿绿豆模拟分子，体会测量方法
可以使用螺旋测微器直接测量
方法一：将绿豆排成一行，测出总长，根据总长和绿豆个数得到绿豆直径
L
方法二：测出多个绿豆的总体积，根据总体积和绿豆的个数，得到绿豆直径
方法三：量出单层绿豆铺开的面积，测出单层绿豆的总体积，根据总体积和面积，得到绿豆直径
L1
L2
正确教育
第一节
准备实验
实验原理
模型建立和理想化处理
把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层
把分子看成球形
油分子一个紧挨一个整齐排列
参考测量绿豆直径的方法三
把油酸分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布(如图)。测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径
油酸分子在水面上形成单分子油膜。
分子是球形的
单分子油膜
分子间没有空隙
三个假设
需要测量的物理量：V、S
水
油酸分子
d
让油膜在水面上充分扩散，形成单层油酸分子组成的薄膜，此时油膜的厚度d 就是分子的直径，若事先量得油酸体积为V，油膜面积为S，则 d＝
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。
实验器材
油酸酒精溶液
实验中，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。
正确教育
第二节
实验步骤
①配制油酸酒精溶液：取1 mL的油酸，用无水酒精按1∶200的体积比稀释，使油酸在酒精中充分溶解。
②用酒精及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘.在浅盘中盛入适量的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，使水处于稳定状态.
③用注射器或滴管将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(如1 mL)时的滴数，由此求出
一滴油酸酒精溶液的平均体积。
实验步骤
爽身粉均匀地撒在水面
便于观察所形成的油膜的轮廓。因为油膜在水面上扩散后，会将水面上扩散后，会将形成清晰的边缘，中间油酸扩散形成的图形是透明的。
撒爽身粉的小技巧
实验中爽身粉的作用是界定油膜的边界，爽身粉过厚，易刺破油膜，爽身粉太少，油膜边界不清楚，为了控制爽身粉的量，可将易拉罐去掉上底，洗净后装入少量爽身粉，用两层较密的纱布盖在易拉罐口，用橡皮筋将纱布扎牢，这样用一般的力直接在液面上方垂直摇动易拉罐，就可以得到全水面上都有的一层均匀的、很薄的爽身粉。
④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，将带有坐标方格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。
⑤将绘有油膜轮廓的胶片或玻璃板放在坐
标纸上，数出轮廓内正方形的个数，不足
半个的舍去，多于半个的算一个，然后计
算出油膜的面积。
⑥根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V 和油膜的面积S 算出油酸薄膜的厚度d＝V/S。
⑦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
演示视频1
演示视频2
正确教育
第三节
数据分析
（1）1滴油酸酒精溶液的平均体积
数据处理
（2）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积
（3）油膜的面积S = na2（n为小正方形的有效个数，a为小正方形的边长）
根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，根据油酸的体积V 和油膜的面积S 算出油酸分子的直径 d＝V/S 。
除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为
实验只要求估测大小，实验结果的数量符合要求即可。
（1）配制油酸酒精溶液时，由于油滴大小不一而引起误差
（2）纯油酸体积的计算引起的误差
（3）油膜未完全展开而形成的误差
（4）描画油酸薄膜的轮廓及油膜面积的计算造成的误差等
误差分析
（1）实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净；实验时，吸取油膜、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果.
（2）待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。
注意事项
（3）本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。
（4）爽身粉不宜撇得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于1/1000为宜。
（5）向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜轮廓难以形成。
注意事项
经典例题
用“油膜法估测油酸分子大小”的实验中，下列说法正确的是( )
A.将油酸分子看成球形且紧密排列，体现的是等效替代法的物理思想方法
B.应先滴油酸酒精溶液，再撒痱子粉
C.向量筒中滴5滴溶液，测出5滴溶液的体积，算得1滴溶液的体积
D.待油膜形状稳定后，再在玻璃板上描出油膜的形状
D
答案：D
解析：A.将油酸分子看成球形且紧密排列，体现的是理想模型法的物理思想方法，故A错误；B.实验时应先把痱子粉均匀地撒在水面上，再滴油酸酒精溶液，这样可以形成边界清晰的油膜，易于对油膜面积的测定，故B错误；C.向量筒中滴5滴溶液，滴数太少，算得1滴油酸溶液体积时误差较大，故C错误；D.待油酸薄膜形状稳定后，在玻璃板上描下油酸膜的形状，故D正确。故选D。
经典例题
在“油膜法估测分子大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成x ml的油酸酒精溶液，再将1滴体积为V1的溶液滴入到准备好的浅盘中，浅盘中水的体积为V2，描出的油膜轮廓共占y个小方格，每格边长是l，则可估算出油酸分子直径为( )
A. B. C. D.
A
答案：A
解析：根据题意可知，滴入浅盘中的油酸体积为
滴入浅盘中的油酸形成单分子层的面积为
则油酸分子直径为
故选A。
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.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.可以把油酸分子简化成球形处理，并认为它们紧密排布
B.为清晰显示油膜轮廓，应先滴入油酸酒精溶液，再撒痱子粉
C.若描绘轮廓时油酸未完全散开，将导致测得的分子直径偏小
D.计算轮廓范围内正方形个数时，不足一个的需全部舍去
A
答案：A
解析：AB.油膜法测分子直径实验中，将油酸稀释配置成一定浓度的油酸酒精溶液，为清晰显示轮廓，先在浅盘中均匀撒上一层痱子粉，然后滴入1滴油酸酒精溶液，最后形成单分子油膜，若将油酸分子简化成球形模型，认为它们紧密排列，则该油膜的厚度即为油酸分子的直径，A正确，B错误；
CD.根据溶液的浓度可以求出1滴溶液中纯油酸的体积V，等轮廓稳定后利用数格数的方法，不足半格的含去，大于半格的当做一格，记下格数，则轮廓的面积等于格数乘以每格的面积，记作S，根据公式 从而计算出油酸分子的直径，如果描绘轮廓时油酸还未散开就会导致S偏小，从而导致测得的分子直径偏大，CD错误。
2.将1cm3油酸溶于酒精中，制成200cm3油酸酒精溶液。已知1cm3溶液中有50滴，现取一滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水后，油酸在水面上形成一单分子薄层。已测出这薄层的面积为0.2m2，由此估测油酸分子的直径为( )
A. 2×10-10 m
B. 5×10-10 m
C. 2×10-9 m
D. 5×10-9 m
B
答案：B
解析：1滴油酸酒精溶液中含有的油酸体积为
油膜分子是单分子油膜，
根据
故B正确，ACD错误。故选B。
3.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验过程中，下列说法正确的是( )
A.将一滴油酸酒精溶液滴入量筒并读出其体积
B.滴入油酸酒精溶液，再撒入痱子粉
C.配制的油酸酒精溶液浓度过低会形成如图所示的油膜
D.若按图示的油膜计算，油酸分子的直径测量值将偏大
D
答案：D
解析：A.通过测量1ml溶液有多少滴，从而得一滴油酸酒精溶液的体积，故A错误；B.应先撒入痱子粉，再滴入油酸酒精溶液，故B错误；C.形成如图所示的油膜是由于痱子粉太厚造成的，故C错误；D.如图所示的油膜没有充分展开，并不是单分子油膜，油膜面积偏小，根据 ，测量结果偏大，故D正确。故选D。
4.（1）如图1反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是_______（用符号表示）；
bcad
4.（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每1000mL溶液中有0.6mL油酸。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，待水面稳定后，画出油膜的形状。如图2所示，坐标纸中正
方形方格的边长为1cm，试求：
①油酸膜的面积是_______cm2;
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_______;
③按以上实验数据估测出油酸分子的直径是_______m。（结果保留两位有效数字）
1.3×102
8.0×10-12m3
6.1×10-10
4.（3）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为ρ。则下列说法正确的是_______。
A.1kg油酸所含有分子数为
B.1m3油酸所含分子数为
C.1个油酸分子的质量为
D.油酸分子的直径约为
B
答案：（1）bcad（2）1.3×102;8.0×10-12m3;6.1×10-10（3）B
解析：（1）用“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。因此操作先后顺序排列应是bcad。
（2）①图中油膜中大约有131个小方格，则油酸膜的面积为
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
答案：（1）bcad（2）1.3×102;8.0×10-12m3;6.1×10-10（3）B
解析：③油酸分子的直径为
（3）A.1kg油酸所含有分子数为 故A错误；
B.1m3油酸所含分子数为
故B正确；
答案：（1）bcad（2）1.3×102;8.0×10-12m3;6.1×10-10（3）B
解析：C.1个油酸分子的质量为
故C错误；
D.设油酸分子的直径为d，则有
解得
故D错误。
故选B。