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第一章 分子動理論的基本觀點
第2節 科學測量：用油膜法估測油酸分子的大小
分子十分微小。以水為例，一個直徑為10-3 mm 左右的水珠，它的大小與細菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數竟比地球上人口的總數還多上好幾倍！
如何估測一粒黃豆的直徑？
通過測量較大量來研究較小量
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。
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。
3.了解一般分子大小的數量級。
科學測量：用油膜法估測油酸分子的大小
一、實驗目的
1.估測油酸分子大小的數量級。
2.體驗通過油膜法測量油酸分子大小的思想方法。
二、實驗器材
油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、 、筆、 、玻璃片、淺水盤、坐標紙。
量筒
爽身粉
如果注射器帶刻度，則不需要量筒
三、實驗原理與設計
油酸是一種脂肪酸，把一滴油酸滴到平靜的水面上，油酸會展開成一片油膜。油膜面積最大且穩定時，可近似認為是 油酸分子油膜。若把油酸分子視為球體，則單分子油膜的厚度就近似等于分子的直徑。只要測量出這一滴油酸的體積V和油膜的面積S，就可估算出油酸分子的直徑d＝ ，如左圖所示。
S
俯視
俯視
側視
水
油酸分子
d
側視
單層
油酸的分子式為C17H33COOH，無色透明，油酸分子中的一部分是羧基
—COOH對水有較強的親和力，而另一部分烴基C17H33—對水沒有親和力，要冒出水面。因此，油酸分子會一個個地直立在水面上形成單分子油膜。
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；
(2)測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S。
水
單分子油膜
d
四、實驗步驟
1.配制油酸酒精溶液，取1 mL的純油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。
2.用滴管(或注射器)將配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內溶液增加一定體積(如1 mL)時的 ，由此求出一滴油酸酒精溶液的 。
滴數
3.向淺水盤內倒入清水，在水面上輕輕而均勻地撒一層 。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油層不再擴散、形狀穩定時，就近似形成了 油膜，如圖所示。
爽身粉
單分子
4.將玻璃片蓋在淺水盤上，用筆將油膜的輪廓描繪在玻璃片上。
5.將描有油膜輪廓的玻璃片放在坐標紙上，算出油膜的 。求面積時以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位，數出輪廓內正方形的 (不足半個的舍去，多于半個的算一個)。
6.根據油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V。根據油酸的體積V和油膜的面積S算出油酸分子的直徑d。
面積S
個數
實驗視頻
水
油酸分子
d
n×1 cm2
3.油膜的面積S＝ 。(n為有效格數，小方格的邊長為1 cm)
4.分子直徑d＝ 。(代入數據時注意單位的統一)
5.將測量數據記入下表格中。
次數 面積S d d的平均值
1
2 3 六、注意事項
1.油酸酒精溶液配制好后不要長時間放置，以免酒精揮發造成濃度改變，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。
思考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。
思考2：在用油膜法測定分子的直徑時，實際上做了理想化處理，那么，有哪些地方做了理想化處理？
答案　(1)把滴在水面上的油酸層當作單分子油膜層；
(2)把分子看成球形；
(3)油酸分子一個緊挨一個整齊排列。
1.關于實驗“用油膜法估測油酸分子的大小”，下列說法正確的是（ ）
A．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜輪廓越清晰，實驗誤差越小
B．配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精，會使實驗結果偏小
C．在數一定量油酸溶液的滴數時，如果少數滴數，會使實驗結果偏小
D．計算油膜面積時將所有不完整的方格當做完整方格計入，會使實驗結果偏小
D
2. 在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，某小組發現測得的分子直徑數據比其他組大很多，可能的原因是(　　 )
A.計算油膜面積時，只計算了完整方格的數目
B.水面上痱子粉撒得過多，導致油膜沒能充分展開
C.將油酸酒精溶液的體積直接當作油酸的體積進行計算
D.測量每滴油酸酒精溶液體積時，將29滴溶液錯數成30滴
ABC
3.在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：
①往淺盤里倒入一定深度的水，待水面穩定后將適量的爽身粉均勻地撒在水面上；
②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形狀穩定；
③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小；
④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內每增加一定體積時的滴數，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積；
⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。
完成下列問題：
(1)上述步驟中，正確的順序是______________(填寫步驟前面的數字)。
(2)該實驗中，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.控制變量法
④①②⑤③
B
(3)已知實驗室中使用的酒精油酸溶液每104 mL溶液中
含有2 mL油酸，又用滴管測得每50滴這種油酸酒精溶
液的總體積為1 mL，將一滴這種溶液滴在淺盤中的水
面上，在玻璃板上描出油膜的邊界線，再把玻璃板放
在畫有邊長為1 cm的正方形小格的紙上(如圖)。
①一滴油酸酒精溶液中含有純油酸體積為________mL；
②油膜占有的面積約為______cm2；
③油酸分子直徑的大小d＝__________ m(結果保留一位有效數字)。
4×10－6
60
7×10－10
(4)某學生在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，計算結果明顯偏大，可能是由于________。
A.油酸未完全散開
B.計算油膜面積時，將所有不足1格的方格記作1格
C.計算油膜面積時，舍去了所有不足1格的方格
D.在計算一滴溶液的體積時，少算了滴數
ACD
科學測量：用油膜法估測油酸分子的大小
一、實驗思路
二、實驗器材
三、實驗步驟
四、數據分析
五、注意事項
實驗原理：
多數分子大小的數量級為10－10 m
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、帶有坐標方格的玻璃板、彩筆
1.測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V
2.測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S

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