人教版高中物理选择性必修第三册第一章分子动理论第2节实验：用油膜法估测油酸分子的大小课件（35页PPT）

(共35张PPT)
[学习目标]
1. 掌握油膜法估测油酸分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。
2.通过实验估测油酸分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
[实验思路]
把1滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由__层油酸分子(C17H33COOH)中的烃基C17H33－组成的。
把油酸分子简化为___形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的_____，它就相当于分子的直径，实验中需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的_____与它在水面上摊开的_____之比，如图所示。
单
球
厚度d
体积V
面积S
[实验器材]
配制好的一定浓度的____________、浅盘、水、______、注射器、烧杯、带坐标方格的玻璃板、彩笔。
油酸酒精溶液
爽身粉
[实验步骤]
1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积，再把它一滴一滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数。
(3)用它们的______除以_______，得到1滴油酸酒精溶液的体积。
(4)根据溶液浓度计算其所含纯油酸的体积V。
总体积
总滴数
2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。
(1)在浅盘里盛上水，将爽身粉____地撒在水面上。
(2)用注射器向水面上滴1滴_____________，油酸立即在水中散开，形成一块有轮廓的油膜。
(3)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_______________。
(4)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____，多于半个的算一个。
(5)把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到____________。
均匀
油酸酒精溶液
描下薄膜的形状
舍去
油膜的面积S
[注意事项]
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(或细石膏粉)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，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。
5.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。
题型一　教材原型实验
[例1]　(2025·北京海淀区模拟)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤如下：
A.向浅盘中倒入适量的水，并向水面均匀地撒入爽身粉
B.将1 mL纯油酸加入酒精中，得到2×103 mL的油酸酒精溶液
C.把玻璃板放在方格纸上，计算出油膜的面积S(坐标纸中正方形小方格的边长为
20 mm)
D.将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下50滴溶液的体积
E.把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓
F.按照得到的数据，估算出油酸分子的直径
(1)上述步骤中，正确的顺序是____________(填步骤前的字母)。
(2)如图所示为描出的油膜轮廓，油膜的面积约为____________m2。
(3)已知50滴溶液的体积为1 mL，估算油酸分子的直径约为________m(保留两位有效数字)。
答案　(1)BDAECF　(2)0.022 (3)4.5×10-10
[例2]　(2025·四川乐山高二期末)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量的方法。
(1)甲同学配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所
含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的一项
是________；其余正确操作的合理顺序是__________。
(2)乙同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，将6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL 的油酸酒精溶液。用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1 mL。用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有爽身粉的浅水盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图所示。已知玻璃板上正方形小方格的边长为1 cm，则油酸膜的面积约为________m2。由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为________m(均保留两位有效数字)。
(3)(多选)丙同学做完实验后，发现自己所测的分子直径D明显偏大。出现这种情况的原因可能是________。
A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B.油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C.水面上爽身粉撒得太多，油膜没有充分展开
D.计算油膜面积时，不完整的方格作为完整方格处理
答案　(1)A　CBED　(2)1.1×10-2　7.3×10-10　(3)AC
题型二　 拓展创新实验
[例3]　(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”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(结果保留一位有效数字)。
(2)如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(结果保留一位有效数字)。
(3)(多选)某同学做完“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是________。
A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B.油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C.计算油膜面积时，只数了完整的方格数
D.求每滴溶液中纯油酸的体积时，1 mL溶液的滴数多记了10滴
答案　(1)256　8×10-10　(2)9×10-10　(3)AC
1.(2025·广西卷)(多选)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中(　　)
A.估测油酸分子大小时，油酸分子可以视为球形
B.油膜形状稳定后，油酸分子仍然在做热运动
C.计算油膜面积时，忽略所有不完整的小正方形
D.与油酸酒精溶液相比，纯油酸更容易在水面形成单分子油膜
解析　在估测油酸分子的大小时，可以把油酸分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，A正确；分子在不停地做热运动，所以油膜的形状稳定后，油酸分子仍然在做热运动，B正确；计算油膜面积时，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，C错误；为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中，故油酸酒精溶液更容易在水面形成单分子油膜，D错误。
AB
2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，以下给出的是可能的操作步骤，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在横线上________，并补充实验步骤D中的计算式。
A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数n。
B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定。
C.用浅盘装入约2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上。
D.用测量的物理量估算出油酸分子的直径d＝ ________。
E.用滴管将事先配好的体积浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，记下滴入的溶液体积V0 与滴数N。
F.将玻璃板放在浅盘上，用笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上。
3.如图是“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的部分操作步骤：
(1)下列有关该实验的说法正确的是________。
A.实验步骤正确的操作顺序是丙→丁→乙→甲
B.图乙中撒爽身粉的目的是防止滴入溶液时液体飞溅出来
C.图丙配制溶液时浓度要大一些，1滴溶液才能在水面形成足够厚的油膜便于测量
D.油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度
(2)若实验时油酸酒精溶液中纯油酸占总体积的0.1%，用注射器测得100滴这样的油酸酒精溶液为1 mL，取1滴这样的溶液滴入浅盘中，滴入浅盘中的纯油酸体积为________mL(结果保留两位有效数字)。
(3)(多选)不同实验小组向水面滴入一滴油酸酒精溶液后得到以下油膜形状，对油膜形状的分析正确的是________。
A.戊图油膜比较理想，油膜与爽身粉边界清晰，且边界线大致为直线，便于绘制边界
B.己图油膜不理想，爽身粉撒的太少且不均匀，导致边界不清晰，不便绘制边界
C.庚图油膜满足实验要求，油膜边界比较清晰，爽身粉撒的比较均匀
答案　(1)D　(2)1.0×10-5　(3)BC
解析　(1)题图中实验步骤应先在浅盘的水面撒入爽身粉，后配制油酸酒精溶液，再向浅盘中滴入油酸酒精溶液，最后描绘油膜轮廓，即实验步骤正确的操作顺序是乙→丙→丁→甲，故A错误；题图乙中撒爽身粉的目的是更加精确地描绘出油膜的轮廓，故B错误；题图丙配制溶液时浓度要小一些，1滴溶液才能在水面形成单分子油膜，便于精确测量，故C错误；实验中的酒精容易挥发，油酸酒精溶液配制好后，不能搁置很久才做实验，以防酒精挥发影响溶液浓度，故D正确。
4.(2025·湖北随州高二期中)在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中：
(1)在该实验中，体现的物理思想方法是________。
A.理想模型法 B.控制变量法 C.等效替代法
(2)实验中所用的油酸酒精溶液为1 000 mL溶液中有纯油酸2 mL，用量筒测得1 mL上述溶液为100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甲所示，图中正方形方格的边长为2 cm，油膜所占方格数约为80个，可以估算出油膜的面积是________m2 (结果保留两位有效数字)，由此估算出油酸分子的直径是________m(结果保留三位有效数字)。
(3)在一次实验中由于爽身粉撒得过多，得到了如图乙所示的油膜，如果按此油膜来计算分子直径，你认为测量结果相对真实值会________(选填“偏大”“偏小”或“无系统误差”)。
答案　(1)A　(2)3.2×10-2　6.25×10-10　(3)偏大
解析　(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，让一定体积的纯油酸滴在水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作球形，认为油酸分子是一个紧挨一个的，估算出油膜面积，从而求出分子直径，这里用到的方法是理想模型法。故选A。
5.(2025·浙江宁波期中)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.5 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中，待油膜形状稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形小格的边长为1 cm，则可求得：
(1)油酸薄膜的面积是______cm2。
(2)油酸分子的直径是______m(结果保留两位有效数字)。
(3)(多选)某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是
由于________。
A.油膜还未完全散开就开始描绘油膜轮廓
B.计算油膜面积时，错将全部不完整的方格作为完整方格处理
C.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D.水面上爽身粉撒得太多，油膜没有充分散开
(4)利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数。如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ、摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为__________(油酸分子可看成球体)。