鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第1章 第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小课件 21 张PPT

第2节　科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验目的
1.估测油酸分子大小的数量级。
2.体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。
二、实验器材
油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。
三、实验原理与设计
四、实验步骤
1.用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如1 mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积V。
2.向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层爽身粉。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。
3.将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。
4.将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的面积S。求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，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)。
5.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。
五、数据处理
六、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，浅盘是否干净，否则难以形成油膜。
3.浅盘中的水应保持平衡，爽身粉应均匀撒在水面上。
4.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。
5.待测油酸液面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。
七、误差分析
1.偶然误差：实验时配制的油酸酒精溶液的浓度不准确、油酸在水面展开不完全、油酸面积的计算不准确都将影响实验结果的准确性。
2.系统误差：实验中将油酸分子视为球体，与实际分子形体有区别，实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到准确值。
[例1] 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的计算式。
核心要点
实验原理和实验步骤的理解
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，然后将痱子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.将玻璃板平放在浅盘上，用彩笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上。
解析　根据实验步骤可知合理的顺序为ECBFAD。
[针对训练1] 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm2，则：
(1)估算出油酸分子的直径大小是________cm。
(2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏伽德罗常数，还需要知道油酸的________。
A.摩尔质量 B.摩尔体积
C.质量 D.体积
[例2] “用油膜法估测油酸分子的大小”的实验的方法及步骤如下：
①向体积V油＝1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500 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＝100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；
核心要点
实验数据的处理
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形状；
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a＝20 mm。
根据以上信息，回答下列问题：
(1)步骤③中应填写：____________；
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′为________ mL；油酸薄膜的面积S约为________ mm2；由此可知，油酸分子的直径d约为________。(结果均保留2位有效数字)
(3)某同学在用油膜法估测油酸分子的大小实验中，计算结果明显偏大，可能是由于________。
A.粉末太薄使油酸边界不清，导致油膜面积测量值偏大
B.粉末太厚导致油酸未完全散开
C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.计算每滴体积时1 mL的溶液滴数多数了几滴
解析　(1)先往边长为30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将痱子粉或爽身粉均匀地撒在水面上。
数出轮廓范围内小方格的个数N＝112，油酸薄膜的面积
S＝112×(20)2 mm2≈4.5×104 mm2
答案　(1)痱子粉(或爽身粉)　(2)2×10－5　(4.3～4.7)×104　(4.2～4.6)×10－10 m　(3)BC
[针对训练2] 在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，104 mL油酸酒精溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液中有50滴。把1滴该溶液滴入撒有痱子粉的盛水的浅盘里，待油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm。
(1)油膜的面积是多少？
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径。
解析　(1)数出在油膜轮廓范围内的格子数(面积大于半个方格的算一个，不足半个方格的舍去不算)为58个，油膜面积约为S＝58×(0.02)2 m2＝2.32×10－2 m2。
答案　(1)2.32×10－2 m2　(2)1.2×10－11 m3　(3)5.2×10－10 m