高中物理 1.2 测量分子的大小课件 粤教版选修

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 用油膜法估测分子的大小1 测量方法油膜法是一种粗略测量分子大小的方法 把油滴滴到水面上 油在水面上散开 形成单分子油膜 如果把分子看成球形 单分子油膜的厚度就可以认为等于分子的直径 2 计算方法如果一滴油滴的体积为V 单分子油膜的面积为S 则分子的直径为3 分子的大小除一些有机物大分子外 多数分子直径的数量级都是10 10m 我们可以通过什么途径观察分子的大小呢 答案 用扫描隧道显微镜观察 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 实验的基本内容1 实验目的用单分子油膜法测分子的大小 直径 2 实验原理把体积为V的油酸滴在水面上形成单分子油膜 测得油膜面积S 根据V SD 得 D即为分子直径 3 实验器材油酸 酒精 注射器或滴管 量筒 浅盘 玻璃板 彩笔 坐标纸 痱子粉 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 4 实验步骤 1 配制油酸酒精溶液 2 用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内增加一定体积时的滴数 由此求出1滴油酸酒精溶液的平均体积 3 向浅盘中倒入清水 在水面上轻轻而均匀地撒一层痱子粉 在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液 当油层不再扩散 形状稳定时 就近似形成单分子油膜 4 将玻璃板盖在浅盘上 用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上 5 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 算出油酸薄膜的面积S 求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 不足半个的舍去 多于半个的算一个 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 6 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 7 洗净浅盘 擦去玻璃板上的油膜轮廓线 重复实验2 3次 8 数据处理 9 得出结论 油酸分子直径约为10 10m 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 油酸分子的形状真的是球形吗 排列时是一个挨一个的吗 答案 实际分子的结构很复杂 分子间有间隙 认为分子是球形且一个紧挨一个排列 是一种近似模型 是对问题的简化处理 简化处理在物理学的研究和学习方面是很有用的 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例1 多选 油膜法粗略测定分子直径的实验基础是 A 把油酸分子视为立方体 其棱长即为油膜的厚度B 让油酸在水面上充分散开 形成单分子油膜C 油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸体积除以油膜的面积D 油酸分子直径的数量级是10 15m解析 油膜法测分子的直径时是把油酸分子视为球体 其直径为油膜的厚度 A项错误 油酸分子直径的数量级是10 10m D项错误 选项B C正确 答案 BC 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 用油膜法估测分子的大小 实验的方法及步骤如下 向体积V油 1mL的油酸中加酒精 直至总量达到V总 500mL 用注射器吸取 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 1mL 先往边长为30 40cm的浅盘里倒入2cm深的水 然后将均匀地撒在水面上 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 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 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l 20mm 根据以上信息 回答下列问题 1 步骤 中应填写 2 1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 是mL 3 油酸分子直径是m 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 答案 1 痱子粉或细石膏粉 2 2 10 5 3 4 3 10 10解析 1 为了显示单分子油膜的形状 需要在水面上撒痱子粉或细石膏粉 2 1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 2 10 5mL 3 根据大于半个方格的算一个 小于半个方格的舍去 油膜形状占据的方格数大约为115个 故面积S 115 20 20mm2 4 6 104mm2 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 二 对实验的深入理解1 为什么要配制一定浓度的油酸溶液 分子大小的数量级是10 10m 而一小滴油酸的体积 注射器5号针头下的 大约为4 0 10 3cm3 每1cm3的油酸大约有250滴 如果这滴油酸铺成单分子膜 膜的面积是 实验室没有这么大的盆 即使提供这样的盆做起实验来也不方便 因此要稀释 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 2 油酸溶液滴在水面上后 水面上的痱子粉为什么会迅速扩散开 油酸是一种有机酸 分子式为C17H33COOH 它的分子可以看作一圆柱模型 如图所示 一端是羧基 COOH 与水有很强的亲和力而被水吸引 另一端C17H33 与水没有亲和力而要冒出水面 因此油酸滴到水面上后趋于均匀地扩散到水面 同时油酸滴到水面上后 降低了水的表面张力 油酸所在处的表面张力小于油酸未到处的表面张力 痱子粉在周围水的表面张力的作用下迅速聚集成一条轮廓线 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 3 油酸溶液滴入水中后 发现油膜的面积开始比较大 紧接着迅速变小 然后稳定下来 这是为什么 油酸溶液中含有大量的酒精 油酸溶液滴入水中后 开始在水面形成的油膜的面积比单纯的油膜面积要大 随着酒精在水中的溶解和在空气中的挥发 最后显示出的油膜面积会缩小 这也可用实验来验证 换用体积比相差很大的不同的油酸溶液重复实验 可以发现油膜的这种收缩现象有明显的差别 当降低油酸溶液的浓度后 这种收缩现象会加强 增大油酸溶液的浓度后 这种收缩现象会减弱 如果用纯油酸 很难观察到这种收缩现象 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 4 如何估算油酸分子的大小 为什么这样做 油酸分子能够上下不摞列地形成单层分子油膜 如图所示 忽略分子间的间隙 将分子看作一个个紧挨着的球体模型 这样分子球的直径也就成了膜的厚度D 所滴的这些油酸分子的体积如果是V 则有 其中S为膜的面积 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 5 实验的误差主要来源于哪些方面 1 实验时油酸酒精溶液的实际浓度和理论值存在偏差 2 实验时1滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差 3 实验时痱子粉粒与油酸在水面上的实际情况和理想中的 均匀 单分子纯油酸层 间存在偏差 4 实验时采用 互补法 即不足半个格舍去 多于半个格的算一个格 计算获得的油酸膜面积与实际的油膜面积间存在偏差 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 例2 利用油膜法可粗略地测量分子的大小和阿伏加德罗常数 若已知n滴油的总体积为V 一滴油形成的油膜面积为S 这种油的摩尔质量为M 密度为 则每个油分子的直径D和阿伏加德罗常数NA分别为 导学号51140002 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 1 多选 某学生在用油膜法估测分子直径实验中 计算结果明显偏大 可能是由于 A 油酸未完全散开B 油酸中含有大量酒精C 计算油膜面积时 舍去了所有不足一格的方格D 求每滴溶液体积时 1mL的溶液的滴数错误地多记了10滴答案 AC解析 计算结果偏大 由公式知 是体积的测量值偏大或面积的测量值偏小 A选项会引起油膜面积的测量值偏小 B项不影响 C项会造成面积值偏小 D项会引起体积的测量值偏小 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 2 在做用油膜法估测分子大小的实验中 油酸酒精溶液的配比约为每104mL溶液中有纯油酸6mL 用注射器测得1mL上述溶液为75滴 把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里 待水面稳定后 将玻璃板放在浅盘上 用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓 再把玻璃板放在坐标纸上 其形状和尺寸如图所示 坐标中正方形方格的边长为1cm 试求 1 油酸膜的面积 2 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积 3 按以上实验数据估测出油酸分子的直径 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 答案 1 106cm2 2 8 10 6mL 3 7 5 10 10m解析 1 由题图知 其中正方形方格87个 补偿法近似处理 可补19个整小方格 实际占小方格87 19 个 106个 那么油膜面积S 106 1cm2 106cm2 案例探究 思悟升华 正确运用油膜法测分子直径用油膜法估测分子的大小实验器材 浓度为0 05 体积分数 的油酸酒精溶液 最小刻度为0 1mL的量筒 盛有适量清水的浅盘 痱子粉 胶头滴管 玻璃板 彩笔 坐标纸 最小正方形边长为1cm 则 导学号51140003 案例探究 思悟升华 1 下面给出的实验步骤中 正确排序应为 填序号 A 待油酸薄膜的形状稳定后 将玻璃板放在浅盘上 用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上B 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 记下滴入1mL油酸酒精溶液的滴数NC 将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上 用滴管吸取浓度为0 05 的油酸酒精溶液 从低处向水面中央滴入一滴D 为估算油酸分子的直径 请补填最后一项实验步骤 2 利用以上测量数据 写出单个油酸分子直径的表达式为 案例探究 思悟升华 解析 1 根据实验原理可得 给出的实验步骤的正确排序为BCA 步骤D应为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1cm的正方形为单位 计算轮廓