【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修3：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

第1章第2节科学测量:用油膜法估测油酸分子的大小1.知道用油膜法估测分子大小的原理、思想和方法,建立物质分子的球体模型。(科学思维)2.通过实验估测油酸分子的大小,培养物理学中的估算能力。(科学探究)3.体会通过测量宏观量来研究微观量的思想方法。(科学思维)课标要求基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标目录索引

基础落实·必备知识全过关1.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。2.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。3.实验原理:把一滴油酸酒精溶液滴在水面上形成一片单分子油膜。油膜面积最大且稳定时,不考虑分子间的空隙,把油酸分子视为球体,只要计算出一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S,就可估算出想一想用油膜法估测分子的大小时,油酸分子的形状真的是球形吗?排列时会一个紧挨一个吗?提示

实际分子的结构很复杂,且分子间有空隙,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。易错辨析

判一判(1)为了便于研究,我们通常把油酸分子看作球形。(

)(2)油酸分子直径的数量级为10-10

m。(

)(3)为了减小误差,在做用油膜法估测分子大小的实验时,直接使用纯油酸。(

)(4)若撒入水中的爽身粉太多,会使油酸未完全散开,从而使测出的分子直径偏小。(

)√√×提示

为了减小误差,在做用油膜法估测分子大小的实验时,使用油酸酒精溶液。×提示

若撒入水中的爽身粉太多,会使油酸未完全散开,油膜的面积偏小,从而使测出的分子直径偏大。(5)若滴在水面的油酸酒精溶液体积为V,铺开的油膜面积为S,则可估算出油酸分子直径为

。(

)×提示

油酸分子的直径等于纯油酸体积与油膜面积的比值。

即学即用

练一练(多选)关于分子,下列说法正确的是(

)A.分子的形状要么是球形,要么是立方体B.所有分子的直径都相同C.不同分子的直径一般不同,但数量级基本一致D.测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中一种方法CD解析

实际上,分子的结构非常复杂,它的形状并不真的都是球形或立方体,分子的直径不可能都相同,测定分子大小的方法有许多种,尽管用不同方法测出的结果有差异,但数量级基本是一致的,故选项A、B错误,C、D正确。重难探究·能力素养全提升探究一实验原理及操作情境探究生活中,我们经常遇见这样一种现象:很少量的油不小心洒在水面上,扩散很大的面积。想一想,实验中为什么不能用纯油酸而是用油酸酒精溶液?要点提示

如果往水面上直接滴一滴纯油酸,那么它在水面上形成单分子油膜所需液面面积太大,实验室中很难提供这么大的容器,即使能提供,做起实验来也不方便。所以本实验中采取用酒精对油酸进行稀释的办法来获取更小体积的纯油酸,这样做更有利于油酸在水面上形成单分子油膜。知识归纳1.实验思路认为油酸薄膜是由单层油酸分子紧密排列组成的,把油酸分子简化为球形,认为油膜的厚度即为油酸分子的直径,如图所示。2.待测物理量一是测出一滴油酸酒精溶液的体积,并算出对应的纯油酸的体积;二是测量这滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积。实验时测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,再测出油膜的面积S,油酸分子的直径

。应用体验典例1

用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是___________________________________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以_____________________________________________________________________________________________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是

。

使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜

把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积

解析

稀释后,油酸在浅盘的水面上更容易形成一块单分子层油膜。把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1

mL油酸酒精溶液的滴数n,得到一滴油酸酒精溶液的体积

,之后根据浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积。根据公式

可知,还需要测单分子层油膜的面积S。规律方法

用油膜法估测油酸分子大小实验中的“两测一算”(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。先配制一定浓度的油酸酒精溶液,用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积(例如1

mL)时的滴数,从而算出一滴溶液的体积,再结合溶液的浓度就可以计算出一滴溶液中所含纯油酸的体积。(2)测量单分子油膜的面积。①在浅盘中装入2

cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上。②将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。③将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数,再根据方格的个数求出油膜的面积。(3)估算分子的直径。如果一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V,所形成的单分子油膜的面积为S,则分子的直径为

。针对训练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

。

A.将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位,数出轮廓内正方形的个数nB.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.在浅盘中装入约2cm深的水,然后将爽身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dE.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NF.将玻璃板放在浅盘上,用笔将薄膜的外围形状描画在玻璃板上答案

ECBFAD(E和C可颠倒)解析

根据实验步骤可知合理的顺序为ECBFAD,其中E和C的先后顺序可颠倒。探究二数据处理及误差分析情境探究在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中,现有按油酸体积与酒精体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液,还有一个盛有约2

cm深水的浅盘、一支滴管、一个量筒。(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,其体积为V;再用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图所示。已知坐标纸上每个小方格面积为S,则油膜面积为

(填写S的整数倍)。

(2)估算油酸分子直径的表达式为d=

。

要点提示

(1)求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去,数出总格数是8,故面积为8S。知识归纳1.数据处理在实验中由

计算分子直径,V是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,各物理量的计算方法如下:(1)一滴油酸酒精溶液的体积

(N为滴数,VN为N滴油酸酒精溶液的体积)。(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=η×V'(η为油酸的体积浓度)。(3)油酸薄膜的面积S=na2(n为小正方形的有效个数,a为小正方形的边长)。2.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。(2)实验前应注意检查浅盘是否干净,否则难以形成油膜。(3)浅盘中的水应保持平稳,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。(5)要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。3.误差分析(1)不能形成单分子油膜。(2)油滴体积的测量产生误差。(3)计算油膜的面积时有误差(每个方格面积越小,误差越小)。应用体验典例2

某同学做用油膜法估测油酸分子的大小的实验。(1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0,将该溶液滴一滴到水面上,稳定后形成油膜的面积为S。已知500mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1mL。则油酸分子直径大小的表达式为d=

。

(2)(多选)该同学做完实验后,发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是

。

A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算B.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度发生了变化C.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开D.计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理AC(2)将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算,则计算公式变为

,结果将明显偏大,故A正确;油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度增大,所测的分子直径d应偏小,故B错误;水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开,油膜面积偏小,由计算公式可知C正确;计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理,油膜面积偏大,所测的分子直径d会偏小,故D错误。针对训练2(2023海南海口模拟)在用油膜法估测分子大小的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每V1体积溶液中有纯油酸体积V2,用注射器和量筒测得V0体积上述溶液有n滴,把一滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中,待水面稳定后,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中每个小正方形格的边长为a,则可求得:(1)油酸薄膜的面积S=

;

(2)油酸分子的直径是

;(用V1、V2、V0、n、S表示)

115a2(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大,可能是由于

;

A.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开B.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格C.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴D.油膜中含有大量未溶解的酒精AB解析

(1)轮廓包围方格约为115个,一个方格的面积为a2,故油酸薄膜的面积为S=115a2。(3)如果水面上爽身粉撒得较多,油酸没有充分展开,导致统计的油酸面积比充分展开的油酸面积小,由

可知,计算结果将偏大,故A正确;如果计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,导致统计的油膜面积偏小,由

可知,计算结果将偏大,故B正确;用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴,则每一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积的测量值偏小,由

可知,计算结果将偏小,故C错误;如果油膜中含有大量未溶解的酒精,导致油酸的实际面积比统计面积小,计算时采用统计的油酸面积S偏大,由

可知,油酸分子直径d的计算值将比真实值偏小,故D错误。学以致用·随堂检测全达标1231.利用油膜法可估测分子的大小,关于实验中油膜面积的测量方法,下列说法正确的是(

)A.油酸酒精溶液滴入水中后,应立即用刻度尺去测量油酸油膜的面积B.油酸酒精溶液滴入水中后,应让油酸尽可能地散开,再用刻度尺去测量油膜的面积C.油酸酒精溶液滴入水中后,应立即将油膜的轮廓画到玻璃板上,再利用坐标纸去计算油膜的面积D.油酸酒精溶液滴入水中后,应让油酸尽可能地散开,再把油膜的轮廓画在玻璃板上,然后再利用坐标纸去计算油膜的面积D解析

在测量油膜面积时,应让油酸尽可能地散开,然后在玻璃板上画出油膜的轮廓,用坐标纸通过数有效方格数来计算油膜的面积,故D项正确。1232.(多选)某同学在用油膜法估测分子大小的实验中,得出的计算结果明显偏大,可能是由于(

)A.油酸未完全散开B.油酸中含有大量的酒精C.计算油膜面积时舍去了所有不足一个的方格D.求每滴溶液体积时,1mL的溶液的滴数多记了10滴AC123解析

油酸分子直径

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