高中物理选择性必修第三册-第一章-2-实验-用油膜法估测油酸分子的大小

2实验:用油膜法估测油酸分子的大小1.知道多数分子大小的数量级为10-10m2.学会用油膜法估测分子的大小(直径)。3.学会模型法、估算法等科学方法的运用,体验探究过程。1.建立模型:把1滴油酸滴在水面上,水面上会形成一层油膜,油膜是由①

单层

油

酸分子中的烃基C17H33-组成的。尽管油酸分子有着复杂的结构和形状,分子间也存

在着间隙,但在估测其大小时,可以把它简化为②

球形

处理,并认为它们紧密排

布。1|实验思路2.实验思路(1)将油酸在③

酒精

中稀释后再滴入水中,使油酸充分展开,获得一块单分子油膜。(2)油酸酒精溶液滴在水面,溶液中的酒精将溶于水并很快挥发,从而获得④

纯油酸

形成的油膜。(3)可以粗略地认为,油膜的厚度d等于1滴油酸酒精溶液中⑤

纯油酸的体积V

与它在水面上摊开的⑥

面积S

之比。(4)测出油膜的厚度d,它就相当于分子的⑦

直径

。1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V(1)配制一定浓度的油酸酒精溶液。(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液,由注射器上的刻度读取该段溶液的总体积,再

把它一滴一滴地滴入烧杯中,记下液滴的总滴数。(3)用它们的⑧

总体积

除以⑨

总滴数

,得到1滴油酸酒精溶液的体积,再根

据浓度计算其所含纯油酸的体积V。2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S2|物理量的测量(1)在浅盘里盛上水,一只手捏住盛有爽身粉的布袋,另一只手拍打,将爽身粉均匀地

撒在水面上。(2)然后,用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面散开,形成一块油

膜。油膜上没有爽身粉,可以清楚地看出它的轮廓。(3)待油膜形状⑩

稳定

后,将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下薄膜的形状。(4)根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格,计算轮廓范围内

正方形

的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。然后,把正方形的个数乘单个正方形的面

积就得到油膜的面积S。1.用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度,即油酸分

子的直径d=

。2.大量实验结果表明,尽管所用的测定分子大小的方法不同,测出的结果也有差异,

但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外,多数分子大小的数量级为

10-10m

。3.用油膜法估测油酸分子直径的大小是一种通过测量宏观量来估测微观量的方法。3|数据分析1.单分子油膜的厚度可认为与油酸分子的直径大小相等。

(√)提示:忽略分子间的间隙,单分子油膜的厚度可认为与油酸分子的直径大小相等。2.在做用油膜法估测分子大小的实验时,直接用纯油酸溶液更精确些。

(

✕)提示:做用油膜法估测分子大小的实验时,油酸酒精溶液中的酒精易溶于水并很快

挥发,能有效形成单分子油膜,用油酸酒精溶液比纯油酸溶液更精确些。3.用注射器向量筒里逐滴滴入配制好的溶液至1mL,记下滴数n,则1滴溶液含纯油

酸的体积V=

mL。

(

✕)提示:1滴油酸酒精溶液的体积为V=

mL,这不是纯油酸的体积。4.撒爽身粉(或细石膏粉)的作用是便于观察所形成的油膜的轮廓。

(√)提示:单分子油膜处没有爽身粉(或细石膏粉),便于观察所形成的油膜的轮廓。判断正误，正确的画“√”，错误的画“✕”。5.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:油酸未完全散开,导致油膜面积S的测量值偏小,由d=

可知会使测出的分子直径d偏大。6.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:只有纯油酸的体积为V,铺开的油膜面积为S,才可估算出油酸分子直径为

。

物质基础(1)实验中用纯油酸的缺点由于分子直径太小,若将1滴纯油酸滴于水面上,则形成的单分子油膜的面积太大,

不便于测量,且纯油酸在水面上扩张太慢。因此,不宜使用纯油酸进行实验。(2)实验中用油酸酒精溶液的优势用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸,这样更有利于在水面上形

成面积不太大的单分子油膜;同时酒精易挥发且溶于水,能使油酸尽快在水面上扩

张形成单分子油膜,且最后在水面上形成的还是纯油酸薄膜,不影响测量结果。1|实验原理与实验操作

操作要领(1)干净:实验用具要擦洗干净。(2)适量:爽身粉和油酸的用量都不可太大,否则不易成功。(3)适宜:油酸酒精溶液的浓度不宜太大。油酸酒精溶液配制后不要长时间放置,以

免浓度改变产生实验误差。(4)水平、垂直:浅盘要水平放置,以便准确地画出薄膜的形状,画线时视线应与板面

垂直。(5)稳定:要待油膜形状稳定后再画轮廓。待测油膜扩张后又收缩,其原因一是水面

受到溶液冲击凹陷后恢复水平;二是油酸酒精溶液中酒精将溶于水并挥发。(6)数格数:数出轮廓范围内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。2|数据处理与误差分析情境

现有大量的细沙,颗粒大致均匀,请同学们想办法估测出细沙的平均直径。

甲同学用游标卡尺,乙同学用螺旋测微器;丙同学将细沙看作球形,先用量筒测出一

定量细沙的体积V,后将这些细沙平摊在水平坐标纸上,使细沙尽量紧挨着又不重

叠,计算出细沙所占的面积S,则细沙的平均直径d=

。问题1.你觉得这三位同学中哪位同学的测量方法更适合估测微小颗粒的直径?提示:丙同学的方法更适合估测微小颗粒的直径。2.用丙同学的方法测细沙的平均直径时,细沙的形状真的是球形的吗?排列时会一

个紧挨一个吗?提示:细沙的实际形状比较复杂,细沙间有间隙,认为细沙是球形且一个紧挨一个排

列,是一种理想化模型,是对问题的简化处理。3.丙同学在用量筒测细沙的体积时会产生误差,请说出一条产生误差的原因,并提

出减小该误差的方法。提示:细沙间有间隙是用量筒测细沙的体积时会产生误差的原因之一。将量筒中

细沙夯紧能减小该误差。

数据处理过程与方法(1)一滴油酸酒精溶液的平均体积:

=

。(2)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积:V=

×油酸酒精溶液的体积浓度。(体积浓度=

)(3)油膜的面积S=n×1cm2。(n为有效格数,小方格的边长为1cm)(4)油酸分子直径d=

。(代入数据时注意统一单位)

误差来源(1)实验时油酸酒精溶