（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册第1章 2.实验：用油膜法估测油酸分子的大小讲义.doc

1、2实验：用油膜法估测油酸分子的大小实验：用油膜法估测油酸分子的大小 实验目标：实验目标：1理解分子模型理解分子模型，知道分子直径的数量级知道分子直径的数量级。2.学会用油膜法估测分学会用油膜法估测分 子大小子大小。3.能够对实验数据进行处理能够对实验数据进行处理，掌握掌握“互补法互补法”计算油膜面积计算油膜面积。 一、实验思路一、实验思路 把一滴油酸酒精溶液滴在水面上把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜使油酸在水面上形成单分子油膜，则油膜厚度即则油膜厚度即 为油酸分子的直径为油酸分子的直径。 二、实验步骤二、实验步骤 1在浅盘中倒入约在浅盘中倒入约 2 cm 深的水深的水

2、，将爽身粉均匀撒在水面上将爽身粉均匀撒在水面上。 。 2用注射器往小量筒中滴入用注射器往小量筒中滴入 1 mL 油酸酒精溶液油酸酒精溶液，记下滴入的滴数记下滴入的滴数 n，算出一滴油算出一滴油 酸酒精溶液的体积酸酒精溶液的体积 V0。 3将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。 4待油酸薄膜形状稳定后待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上将玻璃放在浅盘上， ，用水彩笔用水彩笔(或钢笔或钢笔)画出油酸薄膜画出油酸薄膜 的形状的形状。 5将玻璃放在坐标纸上将玻璃放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积算出油酸薄膜的面积 S；或者玻璃板上有边长为或者玻璃板上有边长为 1 cm

3、的的 方格方格，则也可通过数方格数则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积算出油酸薄膜的面积 S。 6根据已配好的油酸酒精溶液的浓度根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V。 7计算油酸薄膜的厚度计算油酸薄膜的厚度 dV S， ，即为油酸分子直径的大小即为油酸分子直径的大小。 三、注意事项三、注意事项 1实验前实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净必须把所有的实验用具擦洗干净， ，实验时吸取油酸实验时吸取油酸、酒精和溶液的移酒精和溶液的移 液管要分别专用液管要分别专用，不能混用不能混用，否则会增大误差否则会增大误差，影响实验结果影响

4、实验结果。 2待测油酸面扩散后又收缩待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓要在稳定后再画轮廓， ，扩散后又收缩有两个原因：扩散后又收缩有两个原因： 一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。 3本实验只要求估算分子大小本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可实验结果的数量级符合要求即可。 。 4爽身粉不宜撒得过厚爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于油酸酒精溶液的浓度以小于 1 1 000为宜 为宜。 5向水面滴油酸酒精溶液时向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面应靠近水面，不能离水面太高不能离

5、水面太高，否则油膜轮廓难以否则油膜轮廓难以 形成形成。 四、数据分析四、数据分析 计算方法：计算方法： 1一滴油酸溶液的平均体积一滴油酸溶液的平均体积 VN 滴油酸溶液的体积 滴油酸溶液的体积 N 。 2一滴油酸溶液中含纯油酸的体积一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 V V油酸溶液的体积比油酸溶液的体积比。(体积比体积比纯油酸体积 纯油酸体积 溶液的体积溶液的体积) 3油膜的面积油膜的面积 Sn1 cm2。(n 为有效格数为有效格数， ，小方格的边长为小方格的边长为 1 cm) 4分子直径分子直径 dV S(代入数据时注意统一单位 代入数据时注意统一单位)。 【例【例 1】配制好的油酸酒精溶液为每配

6、制好的油酸酒精溶液为每 1 000 mL 油酸酒精溶液中有油酸油酸酒精溶液中有油酸 0.6 mL。 用滴管向量筒内滴用滴管向量筒内滴 50 滴上述溶液滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加量筒中的溶液体积增加 1 mL。若把一滴这样的溶液若把一滴这样的溶液 滴入盛水的浅盘中滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水由于酒精溶于水，油酸在水面展开油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状稳定后形成单分子油膜的形状 如图所示如图所示。 (1)若每一小方格的边长为若每一小方格的边长为 30 mm，则油酸薄膜的面积为多少平方米？则油酸薄膜的面积为多少平方米？ (2)每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为多少立方米？每一

7、滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为多少立方米？ (3)根据上述数据根据上述数据，估算出油酸分子的直径为多少米估算出油酸分子的直径为多少米。 思路点拨：思路点拨： 解析解析(1)数出在油膜范围内的格数数出在油膜范围内的格数(面积大于半个方格的算一个面积大于半个方格的算一个，不足半个的舍不足半个的舍 去去)为为 85 个个，油膜面积约为油膜面积约为 S85(3.010 2)2 m27.6510 2 m2。 (2)因因 50 滴油酸酒精溶液的体积为滴油酸酒精溶液的体积为 1 mL，且溶液含纯油酸的浓度为且溶液含纯油酸的浓度为 0.06%，故故 每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为每滴油酸酒精溶液含纯油酸的

8、体积为 V0V N 0.06% 50 110 6 m31.210 11 m3。 (3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为可估算出油酸分子的直径为 dV0 S 1.210 11 7.6510 2 m1.5710 10 m。 答案答案(1)7.6510 2 m2(2)1.210 11 m3 (3)1.5710 10 m 【例【例 2】在在“用油膜法估测用油膜法估测油酸油酸分子分子的的大小大小”的实验中的实验中，按照油酸与酒精的体积按照油酸与酒精的体积 比为比为 mn 配制油酸酒精溶液配制油酸酒精溶液，用注射器滴取该溶液用注射器滴取该溶液，

9、测得测得 k 滴溶液的总体积为滴溶液的总体积为 V，将将 一滴溶液滴入浅盘一滴溶液滴入浅盘，稳定后将油酸膜轮廓描绘在坐标纸上稳定后将油酸膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示如图所示。已知坐标纸上每已知坐标纸上每 个小正方形的边长为个小正方形的边长为 a。 (1)求油膜的面积；求油膜的面积； (2)估算油酸分子的直径估算油酸分子的直径。 解析解析(1)估算油膜面积时以超过半格按一格计算估算油膜面积时以超过半格按一格计算，小于半格就舍去的原则小于半格就舍去的原则，估算估算 出出 31 格格，则油酸薄膜面积为则油酸薄膜面积为 S31a2。 (2)根据公式根据公式 V油酸 油酸 dS 可得可得 dV 油酸油

10、酸 S mV 31a2k(mn)。 。 答案答案(1)31a2(2) mV 31a2k(mn) 油膜法估测分子大小的解题思路油膜法估测分子大小的解题思路 (1)首先要按比例关系计算出首先要按比例关系计算出 1 滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V。 (2)其次采用其次采用“互补法互补法”计算出油膜的面积计算出油膜的面积 S。 (3)最后利用公式最后利用公式 dV S 求出分子的直径。求出分子的直径。 (4)计算时注意单位要统一。计算时注意单位要统一。 1(多选多选)“用油膜法估测用油膜法估测油酸油酸分子的大小分子的大小” ”实验的科学依据是实验的科学依据是() A将油酸

11、形成的膜看成单分子油膜将油酸形成的膜看成单分子油膜 B不考虑各油酸分子间的间隙不考虑各油酸分子间的间隙 C考虑了各油酸分子间的间隙考虑了各油酸分子间的间隙 D将油酸分子看成球形将油酸分子看成球形 ABD实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算，所以实验的科所以实验的科 学依据是将油膜看成单分子油膜层学依据是将油膜看成单分子油膜层， 不考虑油酸分子间的间隙不考虑油酸分子间的间隙， 并把油酸分子看成球形并把油酸分子看成球形， 油酸分子直径的数量级为油酸分子直径的数量级为 10 10 m，故故 A、B、D 正确正确，C 错误。错误。 2 2

12、(多选多选)用油膜法估测分子直径的理想条件是用油膜法估测分子直径的理想条件是() A将油酸分子看成球体将油酸分子看成球体 B考虑各油酸分子间的间隙考虑各油酸分子间的间隙 C认为油酸分子是紧密排列的认为油酸分子是紧密排列的 D将油膜看成单分子油膜将油膜看成单分子油膜 ACD用油膜法测油酸分子直径的三个前提条件：用油膜法测油酸分子直径的三个前提条件：将油酸分子视为球体模型；将油酸分子视为球体模型； 忽略油酸分子之间的间隙忽略油酸分子之间的间隙，认为分子是紧密排列的认为分子是紧密排列的；油酸分子在水面是单分子油膜油酸分子在水面是单分子油膜 层。只有在上述三个理想条件下油酸的厚度才能视为油酸分子的直径

13、。故层。只有在上述三个理想条件下油酸的厚度才能视为油酸分子的直径。故 A、C、D 正正 确。确。 3 3(多选多选)在在“用油膜法估测油酸分子的大小用油膜法估测油酸分子的大小”实验中所用的油酸酒精溶液为每实验中所用的油酸酒精溶液为每 1 000 mL 溶液中有纯油酸溶液中有纯油酸 0.6 mL。用注射器测得用注射器测得 1 mL 上述溶液为上述溶液为 80 滴滴，把把 1 滴该溶液滴该溶液 滴入盛水的浅盘内滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开让油膜在水面上尽可能散开，测得油膜的轮廓形状如图所示测得油膜的轮廓形状如图所示。图中图中 每个小正方形方格的边长均为每个小正方形方格的边长均为 1

14、cm，下列说法正确的是下列说法正确的是() A实验时将油酸分子看成球体模型实验时将油酸分子看成球体模型 B实验时不考虑各油酸分子间的间隙实验时不考虑各油酸分子间的间隙 C测出分子直径后测出分子直径后，就可以根据已知条件算出阿伏加德罗常数就可以根据已知条件算出阿伏加德罗常数 D该实验测出油酸分子的直径约是该实验测出油酸分子的直径约是 6.510 8 m AB在在“用油膜法估测油酸分子的大小用油膜法估测油酸分子的大小”的的实验实验中中，把一滴油酸酒精溶液滴到水把一滴油酸酒精溶液滴到水 面上面上，油酸在水面上要尽可能地散开油酸在水面上要尽可能地散开，形成单分子油膜形成单分子油膜，把分子看成球体模型把

15、分子看成球体模型，单分子单分子 油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径，故故 A、B 正确；正确；1 滴油酸酒精溶液中含纯滴油酸酒精溶液中含纯 油酸的体积为油酸的体积为 V 1 80 0.6 1 000 mL7.510 6 mL，油膜所占格数约为油膜所占格数约为 115 个个，则面积则面积 S 1151 cm2，分子直径分子直径 dV S 6.510 8 cm6.510 10 m，故故 D 错误；而错误；而 NA 摩尔体积摩尔体积 分子体积分子体积， ，故故 C 错误。错误。 4 4利用油膜法估测油酸分子的直径利用油膜法估测油酸分子的直径，实验器材有实验器

16、材有：浓度为浓度为 0.05%(体积分数体积分数)的油酸的油酸 酒精溶液酒精溶液、分度值为分度值为 0.1 mL 的量筒的量筒、盛有适量清水的盛有适量清水的 4550 cm2的浅盘的浅盘、痱子粉痱子粉、橡橡 皮头滴管皮头滴管、玻璃管玻璃管、彩笔彩笔、坐标纸坐标纸。 (1)下面是实验步骤下面是实验步骤，请填写所缺的步骤请填写所缺的步骤 C。 A 用滴管将浓度为用滴管将浓度为 0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中， 记下滴入记下滴入 1 mL 油酸酒精溶液时的滴数油酸酒精溶液时的滴数 N； B 将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，

17、 用滴管吸取浓度为用滴管吸取浓度为 0.05%的油酸酒精溶液的油酸酒精溶液， 从低处向水面中央一滴一滴地滴入从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为 止止，记下滴入的滴数记下滴入的滴数 n； C_； D将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上， ，以坐标纸上边长为以坐标纸上边长为 1 cm 的正方的正方 形为单位形为单位，数得轮廓内正方形的个数数得轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积算出油酸薄膜的面积 S。 (2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径为用已给的和测得的物理量

18、表示单个油酸分子的直径为_(单位：单位：cm)。 解析解析(1)待油酸薄膜稳定后待油酸薄膜稳定后，将玻璃板放在浅盘上将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画用彩笔将油酸薄膜的形状画 在玻璃板上。在玻璃板上。 (2)每滴油酸酒精溶液的体积为每滴油酸酒精溶液的体积为1 N cm3 n 滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为 Vn N 0.05% 所以单个油酸分子的直径为所以单个油酸分子的直径为V S n 0.05% NS 0.05%n NS 。 答案答案(1)见解析见解析(2)0.05%n NS 5 5(1)某同学在某同学在“用油膜法估测分子直径用油膜法估测分子直径”

19、的实验中的实验中，计算结果明显偏大计算结果明显偏大，可能是可能是 由于由于_。 A油酸未完全散开油酸未完全散开 B油酸中含有大量的酒精油酸中含有大量的酒精 C计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格 D求每滴体积时求每滴体积时，1 mL 的溶液的滴数多记了的溶液的滴数多记了 10 滴 滴 (2)在做在做“用油膜法估测分子大小用油膜法估测分子大小”实验中实验中，油酸酒精溶液的浓度为油酸酒精溶液的浓度为 104mL 溶液中溶液中 有纯油酸有纯油酸 6 mL。用注射器测得用注射器测得 1 mL 上述溶液中有液滴上述溶液中有液滴 50 滴滴。把把 1 滴该溶液滴入盛

20、水滴该溶液滴入盛水 的浅盘里的浅盘里，待水面稳定后待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓在玻璃板上描出油膜的轮廓，然后把然后把 玻璃板放在坐标纸上玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示其形状如图所示，坐标中正方形小方格的边长为坐标中正方形小方格的边长为 20 mm。 求油酸膜的面积；求油酸膜的面积； 求每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积；求每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积； 根据上述数据根据上述数据，估测出油酸分子的直径估测出油酸分子的直径。(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字) 解析解析(1)油酸分子的直径油酸分子的直径 dV S。计算结果明显偏

21、大 。计算结果明显偏大，可能是可能是 V 取大了或取大了或 S 取小取小 了了。油酸未完全散开油酸未完全散开，所测所测 S 偏小偏小，d 变大变大，A 项正确项正确；油酸中含有大量的酒精油酸中含有大量的酒精，不影不影 响结果响结果，B 项错误；若计算面积时舍去了所有不足一格的方格项错误；若计算面积时舍去了所有不足一格的方格，会使会使 S 变小变小，d 变大变大， C 项正确项正确；求每滴体积时求每滴体积时，1 mL 的溶液的滴数多记了的溶液的滴数多记了 10 滴滴，使使 V 变小变小，d 变小变小，D 项项 错误。故正确答案为错误。故正确答案为 AC。 (2)用填补法数出在油膜轮廓内的格数用填

22、补法数出在油膜轮廓内的格数(面积大于半个方格的算一个面积大于半个方格的算一个， ，不足半格的不足半格的 舍去不算舍去不算)为为 58 个个，油膜面积约为油膜面积约为 S58(2010 3 m)22.3210 2 m2。 因为因为 50 滴油酸酒精溶液的体积为滴油酸酒精溶液的体积为 1 mL，且溶液含纯油酸的浓度为且溶液含纯油酸的浓度为0.06%， 故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为为 V0V N 1 50 0.06%10 6 m31.210 11 m3。 把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径，可估算出油酸分子的直径为可估算出油酸分子的直径为 dV0 S 1.210 11 2.3210 2 m5.210 10 m。 答案答案(1)AC(2)2.3210 2 m21.210 11 m35.210 10 m