高中物理鲁科版 过关检测选修3-3　实验：用油膜法估测分子的大小 Word版含解析

　实验:用油膜法估测分子的大小

1.(2017丰台一模)“用油膜法估测分子的大小”实验体现了构建分子模型的物理思想,也体现了通过对宏观量的测量来实现对微观量的间接测量方法。
①某同学的操作步骤如下:
A.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;
B.在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;
C.在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;
D.在蒸发皿上覆盖带方格的透明玻璃板,描出油膜形状,算出油膜的面积。
该同学上述实验步骤中有问题的是　　　(填字母代号)。?
②若该同学计算出滴在水面上油酸酒精溶液中油酸的体积为V,测得单分子油膜的面积为S,则油酸分子的直径D=　　　。?
答案　①BC　②VS
解析　①直接测一滴溶液的体积误差太大,可测30~50滴溶液的体积,再算出一滴溶液的体积,这样误差较小,故B项错误;向蒸发皿滴入油酸酒精溶液前,需在水面上撒上一薄层痱子粉,故C项错误。
②认为油酸分子紧密排列,由柱体体积公式可知D=VS。
2.(2018朝阳二模)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,某同学用滴管吸取体积浓度为η的油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入量筒,记下体积为V的油酸酒精溶液的滴数为N。之后的操作步骤如下:
A.将带有方格的玻璃板放在浅盘上,待油酸薄膜的形状稳定后,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上
B.将痱子粉均匀地撒在浅盘内的水面上,用滴管吸取体积浓度为η的油酸酒精溶液,从低处向水面中央滴入一滴
C.根据方格数目,估算出油酸薄膜的面积为S
以上操作步骤正确的顺序是　　　　(填序号)。计算油酸分子直径的表达式为　　　　。?
答案　BAC　d=ηVNS
解析　一滴溶液中纯油酸体积为V油=VN·η,又V油=Sd,则d=V油S=ηVNS。
3.(2018海淀零模)“用油膜法估测分子的大小”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.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
B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜
C.向浅盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上
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
正确合理的操作顺序是　　　　　。(填字母代号)?
②若该同学计算出滴在水面上油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V,测得单分子油膜的面积为S,则油酸分子的直径D=　　　。?
答案　①ACBED　②VS
4.(2017朝阳一模)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,某同学配置好油酸酒精溶液,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　　　　　。?
A.将一滴纯油酸滴到水面上,让它在水面上自由地扩散为油酸膜
B.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,让它在水面上自由地扩散为油酸膜
C.向浅水盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上
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,再根据d=VS估算出油酸分子的直径
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
答案　A　CBED
解析　“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,必须使用油酸酒精溶液,因为一滴纯油酸所含分子个数太多,形成的油膜将极大,故A是错误的。
B组　综合提能
1.(1)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,已经准备的器材有:油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔,要完成本实验,还欠缺的器材有　。?
(2)在用油膜法粗测分子直径的实验中,在哪些方面做了理想化的假设:　;?
实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸,且通常只滴一滴,这是因为　;?
在将油酸酒精溶液滴向水面前,要先在水面上均匀撒些痱子粉,这样做是为了　　　　　　　　。?
(3)下图反映“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)。?
(4)在做“用油膜法估测分子大小”的实验中,已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为A,又用滴管测得N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V,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a的正方形小格的纸上,如图所示,测得油膜占有的小正方形个数为x。
①用以上字母表示油酸分子直径的大小d=　　　　;?
②从图中数得油膜占有的小正方形个数为x=　　　　。?
答案　(1)量筒、痱子粉、坐标纸、试剂瓶　(2)将油膜看成单分子膜,将油酸分子看做球形,认为油酸分子是一个紧挨一个的　纯油酸粘滞力较大,直接测量体积时误差太大　界定油膜的边界　(3)dacb　(4)①VANxa2　②110(108~112均正确)
解析　(1)根据实验要求,所缺的器材为量筒、痱子粉、坐标纸、试剂瓶。
(2)见答案。
(3)由实验可知正确操作顺序为dacb。
(4)①一滴纯油酸的体积为AVN,一滴油酸在水面上散开的面积为xa2,则d=VANxa2。
②由图中可数出油膜占有小正方形个数约为110个。
2.油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中含有油酸0.6 mL,现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加了1 mL,若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油酸薄膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25 mm,试问:
(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为　　　　模型,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜可视为　　　　油酸薄膜,这层油酸薄膜的厚度可视为油酸分子的　　　　。图中油酸薄膜的面积为　　　　m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　m。(结果保留两位有效数字)?
(2)某同学在实验过程中,在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油酸薄膜,实验时观察到,油酸薄膜的面积扩张后又收缩了一些,这是为什么呢?
请写出你分析的原因:　。?
答案　(1)球体　单分子　直径　4.4×10-2　1.2×10-11　2.7×10-10　(2)见解析
解析　(1)油膜约占70个小格,面积约为
S=70×25×25×10-6 m2≈4.4×10-2 m2
一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为
V=150×0.61 000×10-6 m3=1.2×10-11 m3
油酸分子的直径约等于油膜的厚度
d=VS=1.2×10-114.4×10-2 m≈2.7×10-10 m
(2)主要有两个原因:①水面受下落液滴冲击,先下陷后又恢复水平,因此油酸薄膜面积会先扩张后收缩;②油酸酒精溶液中的酒精挥发,使液面收缩。