資源簡介

2　實驗：用油膜法估測油酸分子的大小
[學習目標]　
1.掌握油膜法估測分子大小的實驗原理以及數據處理的思路和方法(重點)。
2.通過實驗估測分子的大小，體會建立模型和估測方法在研究物理問題中的應用。
一、實驗思路
把1滴油酸滴在水面上，水面上會形成一層油膜，油膜是由________層油酸分子中的烴基C17H33－組成。
把分子簡化為________形處理，并認為它們緊密排布，測出油膜的________，它就相當于分子的直徑，實驗中需要將油酸在酒精中稀釋后再滴入水中，即油酸分子的直徑等于1滴油酸酒精溶液中純油酸的________與它在水面上攤開的________之比，如圖所示。
二、實驗器材
配制好的一定濃度的________________、淺盤、水、________、注射器、燒杯、帶坐標方格的玻璃板、彩筆。
三、物理量的測量
1．測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。
(1)配制一定濃度的油酸酒精溶液。
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積，再把它一滴一滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數。
(3)用它們的________除以________，得到1滴油酸酒精溶液的體積。
(4)根據溶液濃度計算其所含純油酸的體積V。
2．測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S。
(1)在淺盤里盛上水，將爽身粉________地撒在水面上。
(2)用注射器向水面上滴1滴____________________，油酸立即在水面散開，形成一塊有輪廓的油膜。
(3)待油膜形狀穩定后，將事先準備好的帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上________________。
(4)根據畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標方格，計算輪廓范圍內正方形的個數，不足半個的________，多于半個的算一個。
(5)把正方形的個數乘單個正方形的面積就得到________________。
四、數據分析
1．用1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V和該油膜面積S計算出油膜厚度，即油酸分子的直徑d＝。
2．除了一些有機物質的大分子外，多數分子大小的數量級為________ m。
五、注意事項
1．油酸酒精溶液配制好后不要長時間放置，以免濃度改變，造成較大的實驗誤差。
2．實驗前應注意檢查淺盤是否干凈，爽身粉(或細石膏粉)應均勻撒在水面上。
3．向水面滴油酸酒精溶液時，應靠近水面，不能離水面太高，否則油膜難以形成。
4．待測油酸薄膜擴散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩定后再描輪廓。
5．計算輪廓范圍內正方形的個數，不足半個的舍去，多于半個的算一個。
1．實驗中為什么不直接用純油酸而是用被稀釋過的油酸酒精溶液？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．實驗中為什么在水面上撒爽身粉？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．為什么實驗時要使油膜盡可能地散開？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
例1　在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，
(1)某同學操作步驟如下：
①取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；
②在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；
③在淺盤內盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其形狀穩定；
④在淺盤上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積。
改正其中的錯誤：________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)實驗中，進行了理想化的假設，如________________________________________
________________________________________________________________________
(寫出一種假設即可)。實驗中，測量出滴入水中的純油酸體積后，為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是_____________________________________________________。
在實驗中，均勻撒爽身粉(或細石膏粉)有利于形成____________，便于記錄數據。將一滴體積為V的油酸酒精溶液滴入水中，油膜形狀穩定后面積為S，油酸酒精溶液的濃度為η，估算該油酸分子的直徑為___________________________________________________。
例2　(2023·泰州市高二期中)(1)在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，實驗簡要步驟如下：
A．根據油酸酒精溶液的濃度，算出1滴溶液中純油酸的體積V，用公式d＝，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小
B．用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內增加一定體積時的滴數
C．用淺盤裝入約2 cm深的水，然后將爽身粉或細石膏粉均勻地撒在水面
D．將1滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描繪在玻璃板上
E．將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，數出輪廓內的方格數(不足半個的舍去，多于半個的算一個)，再根據方格的邊長求出油膜的面積S
上述實驗步驟的合理順序是________________________________________________；
(2)以上實驗所用的油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL溶液中有純油酸0.6 mL，用注射器測得1 mL上述溶液有80滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內，讓油膜在水面上盡可能散開，得到油酸薄膜的輪廓形狀如圖所示，圖中正方形格的邊長為1 cm，則可求得：
①1滴溶液中純油酸的體積是__________________________ mL；
②油酸分子的直徑是________ m(保留一位有效數字)。
(3)在實驗操作及數據處理過程中，以下說法中不正確的是________。
A．處理數據時將油酸分子看成單分子層且緊密排列
B．處理數據時將1滴油酸酒精溶液的體積除以油膜面積就得到了油酸分子的直徑
C．若實驗中撒的爽身粉過多，則計算得到的油酸分子的直徑將偏大
D．若求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL溶液的滴數多記了10滴，則計算得到的油酸分子的直徑將偏小
2　實驗：用油膜法估測油酸分子的大小
[學習目標]　1.掌握油膜法估測分子大小的實驗原理以及數據處理的思路和方法(重點)。2.通過實驗估測分子的大小，體會建立模型和估測方法在研究物理問題中的應用。
一、實驗思路
把1滴油酸滴在水面上，水面上會形成一層油膜，油膜是由單層油酸分子中的烴基C17H33－組成。
把分子簡化為球形處理，并認為它們緊密排布，測出油膜的厚度d，它就相當于分子的直徑，實驗中需要將油酸在酒精中稀釋后再滴入水中，即油酸分子的直徑等于1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V與它在水面上攤開的面積S之比，如圖所示。
二、實驗器材
配制好的一定濃度的油酸酒精溶液、淺盤、水、爽身粉、注射器、燒杯、帶坐標方格的玻璃板、彩筆。
三、物理量的測量
1．測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。
(1)配制一定濃度的油酸酒精溶液。
(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積，再把它一滴一滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數。
(3)用它們的總體積除以總滴數，得到1滴油酸酒精溶液的體積。
(4)根據溶液濃度計算其所含純油酸的體積V。
2．測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S。
(1)在淺盤里盛上水，將爽身粉均勻地撒在水面上。
(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散開，形成一塊有輪廓的油膜。
(3)待油膜形狀穩定后，將事先準備好的帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀。
(4)根據畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標方格，計算輪廓范圍內正方形的個數，不足半個的舍去，多于半個的算一個。
(5)把正方形的個數乘單個正方形的面積就得到油膜的面積S。
四、數據分析
1．用1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V和該油膜面積S計算出油膜厚度，即油酸分子的直徑d＝。
2．除了一些有機物質的大分子外，多數分子大小的數量級為10－10 m。
五、注意事項
1．油酸酒精溶液配制好后不要長時間放置，以免濃度改變，造成較大的實驗誤差。
2．實驗前應注意檢查淺盤是否干凈，爽身粉(或細石膏粉)應均勻撒在水面上。
3．向水面滴油酸酒精溶液時，應靠近水面，不能離水面太高，否則油膜難以形成。
4．待測油酸薄膜擴散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩定后再描輪廓。
5．計算輪廓范圍內正方形的個數，不足半個的舍去，多于半個的算一個。
1．實驗中為什么不直接用純油酸而是用被稀釋過的油酸酒精溶液？
答案　用酒精對油酸進行稀釋有利于獲取更小體積的純油酸，這樣更有利于油酸在水面上形成單分子油膜；同時酒精易揮發，不影響測量結果。
2．實驗中為什么在水面上撒爽身粉？
答案　撒爽身粉后，便于觀察所形成的油膜的輪廓。
3．為什么實驗時要使油膜盡可能地散開？
答案　要形成單分子油膜，所以實驗時要使油膜盡可能地散開。
例1　在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，
(1)某同學操作步驟如下：
①取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；
②在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；
③在淺盤內盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其形狀穩定；
④在淺盤上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積。
改正其中的錯誤：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)實驗中，進行了理想化的假設，如_______________________________________
________________________________________________________________________
(寫出一種假設即可)。實驗中，測量出滴入水中的純油酸體積后，為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是______________________________________________________。
在實驗中，均勻撒爽身粉(或細石膏粉)有利于形成__________________________________，便于記錄數據。將一滴體積為V的油酸酒精溶液滴入水中，油膜形狀穩定后面積為S，油酸酒精溶液的濃度為η，估算該油酸分子的直徑為________。
答案　(1)②在量筒中滴入N滴溶液，測出其體積
③在水面上先撒上爽身粉(或細石膏粉)，再滴入一滴油酸酒精溶液，待油膜形狀穩定
(2)將油膜的厚度近似認為等于油酸分子的直徑　形成的油膜面積　清晰的油膜邊緣　d＝
解析　(1)②在量筒中直接測量一滴油酸酒精溶液的體積誤差太大，應先用累積法測出N滴該溶液體積，再求出一滴的體積，故改正為：在量筒中滴入N滴溶液，測出其體積；③油酸在水面上形成的油膜形狀不易觀察，可在水面上先撒上爽身粉(或細石膏粉)，再滴油酸酒精溶液，穩定后就呈現出有清晰輪廓的油膜，故改正為：在水面上先撒上爽身粉(或細石膏粉)，再滴入一滴油酸酒精溶液，待油膜形狀穩定。
(2)實驗中進行了一些理想化的假設，如假定油酸分子一個緊挨一個地排列在一起，將油膜的厚度近似認為等于油酸分子的直徑等；實驗中需要測出純油酸體積和油酸在水面完全鋪開后形成的油膜面積；均勻撒爽身粉(或細石膏粉)有利于形成清晰的油膜邊緣，便于測量油膜的面積；油膜的厚度為d＝，近似認為其等于油酸分子的直徑。
例2　(2023·泰州市高二期中)(1)在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，實驗簡要步驟如下：
A．根據油酸酒精溶液的濃度，算出1滴溶液中純油酸的體積V，用公式d＝，求出薄膜厚度，即油酸分子的大小
B．用注射器或滴管將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內增加一定體積時的滴數
C．用淺盤裝入約2 cm深的水，然后將爽身粉或細石膏粉均勻地撒在水面
D．將1滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描繪在玻璃板上
E．將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，數出輪廓內的方格數(不足半個的舍去，多于半個的算一個)，再根據方格的邊長求出油膜的面積S
上述實驗步驟的合理順序是________________________________________________；
(2)以上實驗所用的油酸酒精溶液的濃度為每1 000 mL溶液中有純油酸0.6 mL，用注射器測得1 mL上述溶液有80滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內，讓油膜在水面上盡可能散開，得到油酸薄膜的輪廓形狀如圖所示，圖中正方形格的邊長為1 cm，則可求得：
①1滴溶液中純油酸的體積是________ mL；
②油酸分子的直徑是________ m(保留一位有效數字)。
(3)在實驗操作及數據處理過程中，以下說法中不正確的是________。
A．處理數據時將油酸分子看成單分子層且緊密排列
B．處理數據時將1滴油酸酒精溶液的體積除以油膜面積就得到了油酸分子的直徑
C．若實驗中撒的爽身粉過多，則計算得到的油酸分子的直徑將偏大
D．若求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL溶液的滴數多記了10滴，則計算得到的油酸分子的直徑將偏小
答案　(1)CBDEA(或BCDEA)　(2)①7.5×10－6　②6×10－10　(3)B
解析　(1)實驗步驟為：將配制好的油酸酒精溶液，通過量筒測出1滴此溶液的體積。然后將1滴此溶液滴在撒有爽身粉的淺盤里的水面上，待形狀穩定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆描繪出油酸膜的形狀，將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，按不足半個舍去，多于半個的算一個，統計出油酸薄膜的面積。用1滴此溶液中純油酸的體積除
以1滴此溶液的面積，恰好就是油酸分子的直徑，故合理的順序排列為：CBDEA或BCDEA。
(2)1滴溶液中純油酸的體積是V＝× mL＝7.5×10－6 mL，由題圖所示油膜可知，油膜所占坐標紙的格數是118個，油膜的面積為S＝1 cm×1 cm×118＝118 cm2
油酸分子的直徑是d＝＝ cm＝6×10－10 m。
(3)處理數據時將油酸分子看成單分子層且緊密排列，選項A正確，不符合題意；處理數據時將1滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積除以油膜面積就得到了油酸分子的直徑，選項B錯誤，符合題意；若實驗中撒的爽身粉過多，則油膜不能完全散開，油膜面積測量值偏小，則計算得到的油酸分子的直徑將偏大，選項C正確，不符合題意；若求每滴溶液中純油酸的體積時，1 mL溶液的滴數多記了10滴，則計算得到的1滴油酸酒精溶液中所含的純油酸的體積偏小，則油酸分子的直徑將偏小，選項D正確，不符合題意。

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