《学霸笔记 同步精讲》第1章 分子动理论 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小（课件）高中物理教科版选择性必修3

(共28张PPT)
2.实验:用油膜法估测油酸分子的大小
第一章
2026
课 标 定 位
1.知道油膜法估测油酸分子直径的原理、思想和方法。
2.掌握测量油膜面积的方法。
3.通过实验测出分子大小的数量级。
素 养 阐 释
物理观念:加深对分子大小数量级的认识。
科学思维:通过数格数来确定油膜面积的大小,通过建立物理模型,学习利用宏观量的测量来估算微观量的科学方法。
科学探究:探究分子直径的大小。
科学态度:启发学生感受人类与科学、科学与社会的相互作用。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、实验目的
学会用油膜法估测油酸分子的大小。
二、实验原理
实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子大小。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸就会在水面上散开,其中的酒精溶于水中,并很快挥发,这样就在水面上形成如图(a)所示形状的一层单分子纯油酸薄膜。把分子看成小球,如图(b)所示,如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积,即可估算出油酸分子的大小。
(a)
()
三、实验器材
量筒,注射器,浅盘,油酸酒精溶液,玻璃板,坐标纸,痱子粉或滑石粉,细彩
笔,水。
四、实验步骤
1.用注射器吸入一定体积(如1 mL)事先配制好的油酸酒精溶液,再均匀地滴到玻璃杯中,记下滴出的总滴数,即可算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。
2.在边长30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉或滑石粉均匀地撒在水面上,用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待其散开。
3.当油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板轻放在浅盘上,用细彩笔仔细地把油酸薄膜边缘的形状画在玻璃板上。
4.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,用数格的方法估算出油膜的面积S。
5.根据油酸酒精溶液的浓度和已测出的一滴油酸酒精溶液的体积V0,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
六、注意事项
1.油酸酒精溶液配制后,不要长时间放置,以免浓度改变,产生误差。
2.注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内。
3.待测油酸液面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因:第一,水面受油酸液滴冲击凹陷后恢复;第二,酒精挥发后液面收缩。
4.当重做实验时,水从浅盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸,可用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦去,再用清水冲洗,这样做可保持浅盘的清洁。
5.本实验只要求估算分子的大小,实验结果的数量级符合要求即可。
合作探究·释疑解惑
【例题1】 在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中:
(1)某同学操作步骤如下:
①用0.5 mL的油酸配制了1 000 mL的油酸酒精溶液;
②用注射器和量筒测得50滴油酸酒精溶液体积为1 mL;
③在浅盘内盛适量的水,将痱子粉均匀地撒在水面上,滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积为160 cm2,油酸分子直径大小D=__________m(结果保留一位有效数字)。
(2)若该同学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,拿错的注射器的针管比原来的粗,这会导致实验测得的油酸分子直径____________ (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)若已知纯油酸的密度为ρ,摩尔质量为M,在测出油酸分子直径为D后,还可以继续测出阿伏伽德罗常量NA=________________(用题中给出的物理量符号表示)。
为了测量分子大小这一极其微小的量,在用油膜法估测分子直径的实验中多次用了间接测量法来达到“放大”的效果:一是油酸溶于酒精,配制成油酸酒精溶液,对油酸进行稀释;二是数出1 cm3油酸酒精溶液有多少滴,得出一滴油酸酒精溶液的体积;三是油膜法本身就起了放大的作用。
【例题2】 “用油膜法估测油酸分子的大小”实验的方法及步骤如下:
①向体积V油=3 mL的油酸中加入酒精,直至总量达到V总=5 000 mL;
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=75滴时,测得其体积恰好是V0=1 mL;
③先往边长为30~40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水,然后将____________　均匀地撒在水面上;
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的轮廓;
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长l=1 cm。
根据以上信息,回答下列问题。
(1)步骤③中应填写________________。
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL(结果保留一位有效数字)。
(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为________ m(结果保留一位有效数字)。
答案:(1)痱子粉(或滑石粉)
(2)8×10-6
(3)7×10-10
解析:(1)在该实验中,由于油酸薄膜的边缘在水中不易观察和画出,因此浅盘中倒入水后,将痱子粉或滑石粉均匀撒在水面上,以便于操作。
随 堂 练 习
1.(误差分析)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,某小组发现测得的分子直径数据比其他组大2~3个数量级,可能的原因是(　　)
A.计算油膜面积时,只计算了完整方格的数目
B.水面上痱子粉撒得过多,导致油膜没能充分展开
C.将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算
D.测量每滴油酸酒精溶液体积时,将31滴溶液错数成30滴
答案:C
2.(实验操作)(多选)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,下列说法或操作不正确的是(　　)
A.将油膜看作单分子薄膜,不考虑油酸分子间的间隙
B.将油酸分子看成球体
C.在量筒中只滴入一滴油酸酒精溶液,测出它的体积
D.若撒入水中的痱子粉太多,会使油酸未完全散开,从而使测出的分子直径偏小
答案:CD
解析:将油膜看作单分子薄膜,不考虑油酸分子间的间隙,同时将油酸分子看成球体模型,故A、B正确,不符合题意;在量筒中滴入n滴油酸酒精溶液,测出它的体积V,从而求得一滴油酸酒精溶液体积,故C错误,符合题意;若撒入水中的痱子粉太多,会使油酸未完全散开,则导致油膜面积偏小,从而使测出的分子直径偏大,故D错误,符合题意。
3.(数据处理)在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,已知实验室中使用的油酸酒精溶液中油酸的体积分数为A,N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。
(1)从图中数得x=____________。
(2)用以上字母表示油酸分子的直径D=____________。
(3)若实验中将N滴溶液误数成了N+1滴,则测得分子直径的数值将____________(选填“偏大”或“偏小”)。
解析:(1)在围成的方格中,不足半个的舍去,多于半个的算一个,从题图中数得油膜占有的小正方形个数为x=62。
(2)由题意可知,一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为V0=,每一滴所形成的油膜的面积为S=xa2,所以油膜的厚度,即为油酸分子的直径D=。
(3)若实验中将N滴溶液误数成了N+1滴,则一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积测量值为V0'=,即会偏小,根据D=,那么测得的分子直径的数值也将偏小。