第15章　热学 第2讲　实验19：用油膜法估测油酸分子的大小--2027全国版高考物理第一轮(含解析)

2027全国版高考物理第一轮
第2讲　实验19:用油膜法估测油酸分子的大小
1.(2025广东广州模拟) 在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,将体积为V1的纯油酸配成总体积为V2的油酸酒精溶液,用注射器取体积为V0的上述溶液,再把它一滴一滴地全部滴入烧杯,滴数为N。把这样的一滴油酸酒精溶液滴入浅盘中,待稳定后得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示。图中每个小正方形格的边长为a,可估算出油酸分子的直径为(　　)
A. B.
C. D.
2.(3分)(2025北京丰台模拟)请将“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤按照正确的顺序排列　　　　。
A.在浅盘里盛上水,待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上
B.用注射器向水面上滴1滴事先配好的油酸酒精溶液,等待油膜形状稳定
C.配制一定浓度的油酸酒精溶液,测量1滴油酸酒精溶液的体积
D.将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
E.计算油膜的面积,根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小
3.(6分)(2026山东烟台检测)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,事先配好的体积浓度为的油酸酒精溶液,用注射器逐滴滴入量筒中,记下滴入1 mL溶液的滴数为50。
(1)每滴油酸酒精溶液含有的纯油酸体积为　　　 mL。
(2)将适量爽身粉均匀地撒在水面上,用注射器靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,形成的油膜将　　　　。
A.先扩张后收缩至稳定
B.逐渐扩张至稳定
C.一直缓慢扩张
(3)有人认为只要有巨大的浅盘,可直接用纯油酸,省去制作油酸酒精溶液这个步骤,从而减小实验误差。你认为这种观点正确吗 　　　　(选填“正确”或“错误”)。
4.(8分)(2026山东济宁模拟)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中:
(1)某同学将一滴油酸酒精溶液滴入事先撒有均匀痱子粉的水槽中,待油膜充分散开后,在玻璃板上描出油膜的轮廓,该油膜的面积是8.0×10-3 m2;已知油酸酒精溶液中油酸浓度为0.2%,400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积是1.2 mL,则油酸分子直径为　　　 m。(结果保留2位有效数字)
(2)某同学在用油膜法估测分子直径实验中,计算结果明显偏小,可能是由于　　　　。
A.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴
B.水面上痱子粉撒得较多,油酸膜没有充分展开
C.计算油酸膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理
D.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算
(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加德罗常数NA=　　　　　　　　　(用题中给出的物理量符号表示)。
(4)该实验体现了理想化模型的思想,实验中我们的理想假设有　　　　。
A.把油酸分子视为球形
B.油酸在水面上充分散开形成单分子油膜
C.油酸分子是紧挨着的,没有空隙
D.油酸不溶于水
5.(12分)(2026陕西西安模拟)在估测油酸分子大小的实验中,具体操作如下:
①取油酸1.0 mL注入2 500 mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到2 500 mL的刻度为止,摇动容量瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液;
②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数,直到达到1.0 mL为止,恰好共滴了100滴;
③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水,将细爽身粉均匀地撒在水面上,再用滴管吸取油酸的酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,酒精挥发后,油酸在水面上尽可能地散开,形成一层油膜,膜上没有爽身粉,可以清楚地看出油膜轮廓;
④待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上绘出油膜的形状;
⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上。
(1)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含油酸为　　　　 m3,油膜面积为　　　　 m2,求得的油酸分子直径为　　　　 m(最后一空保留1位有效数字)。
(2)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.1 kg油酸所含分子数为ρNA
B.1 m3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
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较,数据都偏大。出现这种结果的原因,可能是　　　　。
A.计算油酸膜面积时,错将所有不完整的方格作为完整的方格处理
B.水面上爽身粉撒得较多,油酸膜没有充分展开
C.做实验之前油酸溶液搁置时间过长
6.(10分)(2025山东滨州模拟)某同学在实验室做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,已知油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器抽取上述溶液2 mL,现缓慢地滴出1 mL溶液,共有溶液滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘中,在刻有小正方形坐标的玻璃板上描出油膜的轮廓如图所示,坐标中小正方形方格的边长为20 mm。试问:
(1)在“用单分子油膜估测分子的大小”实验中,使用到的研究方法是　　　　。
A.等效替代法
B.理想模型法
C.微小量放大法
D.控制变量法
(2)由实验数据可得每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是　　　　 mL。
(3)经计算油酸分子的直径大约是　　　　 m。(保留1位有效数字)
(4)实验中如果没有等油酸完全扩散开就描出轮廓,这样会导致计算的结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
7.(8分)一同学完成了“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。
(1)实验中油酸体积占油酸酒精溶液总体积的比例,下列最为合适的是　　　　。
A.1∶50　　　B.1∶500　　　C.1∶5 000
(2)由于没有方格纸,该同学首先在一张透明胶片上描出油膜的轮廓,测量胶片的面积为S0,并用高精度的电子天平称量出整张胶片的质量m0,然后沿轮廓剪下对应的油膜形状的胶片,其质量为m,则油膜的面积为　　　　(用所给物理量符号来表示)。
(3)下列操作有助于减小实验误差的是　　　　。
A.撒粉时要尽量厚一些,覆盖整个浅盘
B.滴油酸酒精溶液时,针头需远离液面
C.滴油酸酒精溶液后需待油膜稳定再测其面积
答案：
1.C　解析 轮廓包围方格约为70个,故油酸薄膜的面积为S=70a2,每滴溶液中含有纯油酸的体积为VN=,油酸分子的直径为d=,故选C。
2.答案 CABDE
解析 “用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,先将油酸配制成油酸酒精溶液,然后向浅水盘中倒入水,将痱子粉均匀地撒在水面上;之后将油酸酒精溶液滴到水面上形成油膜;再将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔画出油酸膜的轮廓;最后算出油膜的面积,从而求出油膜的分子直径,因此正确的顺序是CABDE。
3.答案 (1)2×10-5　(2)A　(3)错误
解析 (1)每滴油酸酒精溶液含有的纯油酸体积为 mL×=2×10-5 mL。
(2)将适量爽身粉均匀地撒在水面上,用注射器靠近水面,将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。由于溶液中酒精的挥发,形成的油膜将先扩张后收缩至稳定。选A。
(3)这种观点错误,因为直接用纯油酸,油酸可能不会形成单分子油膜,会增大实验误差。
4.答案 (1)7.5×10-10　(2)AC　(3)　(4)ABC
解析 (1)一滴纯油酸的体积V= mL=6×10-6 mL=6×10-12 m3,所以油酸分子直径为d= m=7.5×10-10 m。
(2)由油酸分子直径d=(V是纯油酸的体积,S是油膜的面积),1 mL溶液的滴数多记了10滴,浓度偏小,纯油酸的体积减小,导致计算结果偏小,A正确;水面上痱子粉撒得较多,油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致计算结果偏大,故B错误;计算油酸膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理,则测量的面积S偏大,导致计算结果偏小,故C正确;错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,则体积偏大,导致计算结果偏大,故D错误。
(3)每个油酸分子的体积为V0=π×,油酸的摩尔体积为V摩=,联立可得NA=。
(4)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,实验假设有:①把油酸分子视为球形;②油酸在水面上充分散开形成单分子油膜;③油酸分子是紧挨着的,没有空隙;油酸本身不溶于水,不是理想假设,故选ABC。
5.答案 (1)4×10-12　1.14×10-2(1.12×10-2~1.19×10-2皆可)　4×10-10　(2)B　(3)B
解析 (1)一滴油酸酒精溶液含油酸的体积为V=×10-6 m3=4×10-12 m3,超过半格的有114格,油膜面积为S=114×1×10-4 m2=1.14×10-2 m2,油酸分子直径为d=≈4×10-10 m。
(2)1 kg油酸所含分子数为N=,A错误;1 m3油酸所含分子数为N=NA=,B正确;1个油酸分子的质量为m0=,C错误;设油酸分子为球形且直径为d,则一个油酸分子的体积为V0=,油酸的摩尔体积为V=,则阿伏加德罗常数可表示为NA=,联立可解得d=,D错误。
(3)计算油酸面积时,错将所有不完整的方格作为完整的方格处理,使格数偏多,面积偏大,直径测量值偏小,A错误;水面上爽身粉撒得较多,油酸膜没有充分展开,使面积测量值偏小,直径测量值偏大,B正确;做实验之前油酸溶液搁置时间过长,酒精挥发使得油酸浓度变大,仍按原来的浓度计算,则计算值偏小,因此测量值就偏小,C错误。
6.答案 (1)B　(2)1.2×10-5　(3)5×10-10　(4)偏大
解析 (1)该实验采用的是借助物理模型间接测量的方法,依据单分子以球形一个挨一个排列,结合估测分子大小的原理,所以采用了理想模型法,故选B。
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是V= mL=1.2×10-5 mL。
(3)油膜的面积可以从方格纸上得到,所围成的方格中,面积超过一半按一个算,小于一半的舍去,图中共有57个方格,则油膜面积为S=57×20×20 mm2=22 800 mm2,则油酸分子的直径为d= m≈5×10-10 m。
(4)如果没有等油酸完全扩散开就描出轮廓,则测出的面积偏小,直径就偏大。
7.答案 (1)B　(2)m　(3)C
解析 (1)实验中油酸体积占油酸酒精溶液总体积的比例,各选项中最为合适的是1∶500,故选B。
(2)胶片厚度相同,则面积之比等于质量之比,即油膜的面积S=m。
(3)撒粉时若过厚,且覆盖整个浅盘,则不利于油酸形成单分子油膜,故A错误;滴油酸酒精溶液时,针头若远离液面,则油酸酒精溶液滴到水面上时可能会溅起,也不利于形成整片的油膜,故B错误;滴油酸酒精溶液后需待油膜稳定再测其面积,故C正确。
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