人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE32实验：用油膜法估测油酸分子的大小〖学习目标〗1.知道用油膜法测定分子大小的思路.2.通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用.3.了解一般分子大小的数量级．一、实验思路把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33-组成．把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图1所示．图1二、实验器材配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉(或细石膏粉)、注射器、烧杯、玻璃板、彩笔、坐标纸．三、物理量的测量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)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积．(4)根据溶液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S.(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)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜．(3)待油膜形状稳定后，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．(5)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.四、数据分析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＝eq\f(V,S).2．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.五、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，造成较大的实验误差．2．实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上．3．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成．4．待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓．5．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．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，(1)某同学操作步骤如下：①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；③在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；④在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积．改正其中的错误：____________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3mL，其形成的油膜面积为40cm2，则估测出油酸分子的直径为________m.〖答案〗(1)②在量筒中滴入N滴溶液，测出其体积；③在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉)，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定(2)1.2×10－9〖解析〗(1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体积误差太大，应先用累积法测出N滴该溶液体积，再求出一滴的体积；③油酸在水面上形成的油膜形状不易观察，可在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉)，再滴油酸酒精溶液，稳定后就呈现出有清晰轮廓的油膜．(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝4.8×10－3×0.10%×10－6m3＝4.8×10－12m3，故油酸分子直径d＝eq\f(V,S)＝eq\f(4.8×10－12,40×10－4)m＝1.2×10－9m.(2020·滕州市第一中学新校高二月考)(1)如图2所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)；图2(2)在该实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有1mL纯油酸．用注射器测得1mL上述溶液有100滴，把2滴该溶液滴入盛水的浅盘里，画出油膜的形状如图3所示，坐标格的正方形大小为20mm×20mm.可以估算出油膜的面积是________m2,2滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为________m3，由此估算出油酸分子的直径是________m；(所有结果保留两位有效数字)图3(3)某同学通过测量出的数据计算分子直径时，发现计算结果比实际值偏大，可能是由于________．A．油酸未完全散开B．油酸酒精溶液浓度低于实际值C．计算油膜面积时，将所有不足一格的方格记为一格D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴〖答案〗(1)dacb(2)3.0×10－22.0×10－116.7×10－10(3)A〖解析〗(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液(教师完成，记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液的体积(d)→准备浅水盘→形成油膜(a)→描绘油膜边缘(c)→测量油膜面积(b)→计算分子直径；因此操作先后顺序排列应是dacb.(2)由题图油膜可知，油膜的面积S＝75×20mm×20mm≈3.0×10－2m2两滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V＝2×eq\f(1,100)×eq\f(1,1000)mL＝2.0×10－5mL＝2.0×10－5cm3＝2.0×10－11m3油酸分子的直径为d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2.0×10－11,3.0×10－2)m≈6.7×10－10m.(3)计算油酸分子直径的公式是d＝eq\f(V,S)，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积．油酸未完全散开，测得的S偏小，求得的分子直径d将偏大，故A正确；如果油酸酒精溶液浓度低于实际值，测得的纯油酸的体积偏小，求得的分子直径将偏小，故B错误；计算油膜面积时将所有不足一格的方格记为一格，测得的S将偏大，求得的分子直径将偏小，故C错误；求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴，一滴溶液的体积V1＝eq\f(1,n)mL，可知测得一滴溶液的体积偏小，纯油酸的体积将偏小，由d＝eq\f(V,S)可得，求得的分子直径将偏小，故D错误.1．利用油膜法估测油酸分子的直径，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、分度值为0.1mL的量筒、盛有适量清水的45×40cm2的浅盘、爽身粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C.A．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油酸酒精溶液时的滴数N；B．将爽身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，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；C．________________________________________________________________________；D．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，数得轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S.(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径为________(单位：cm)．〖答案〗(1)见〖解析〗(2)eq\f(0.05%n,NS)〖解析〗(1)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．(2)每滴油酸酒精溶液的体积为eq\f(1,N)cm3，n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V＝eq\f(n,N)×0.05%，所以单个油酸分子的直径为d＝eq\f(V,S)＝eq\f(n×0.05%,NS)＝eq\f(0.05%n,NS).2．(2020·南京市中华中学高二月考)在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，具体操作如下：①取纯油酸0.1mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；③在边长约40cm的浅盘内注入约2cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，油膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓；④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个．(1)这种估测方法是将每个分子视为________，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________．(2)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3，油膜面积为________m2，求得的油酸分子直径为________m．(结果均保留两位有效数字)〖答案〗(1)球体单分子油膜直径(2)4.0×10－128.1×10－34.9×10－10〖解析〗(1)这种估测方法是将每个分子视为球体，让油酸尽可能在水面散开，形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径．(2)一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为V＝eq\f(0.1,250)×eq\f(1,100)mL＝4.0×10－12m3据题意：完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个．根据大于半格算一个计算，超过半格的方格个数为n＝67＋14＝81，则油膜面积为S＝81×1.0cm×1.0cm＝81cm2＝8.1×10－3m2油酸在水面上形成单分子油膜，则油酸分子直径为d＝eq\f(V,S)＝eq\f(4.0×10－12,8.1×10－3)m≈4.9×10－10m.3．(2021·盐城中学月考)油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.5mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1mL.若把一滴这样的溶液滴入盛有水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面散开，稳定后形成单分子油膜的形状如图4所示．(以下计算结果均保留2位有效数字)图4(1)若每一小方格的边长为10mm，则油酸薄膜的面积约为_________m2.(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为________m3.(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径约为________m.(4)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列措施可行的是________．A．油酸浓度适当大一些B．油酸浓度适当小一些C．油酸扩散后立即绘出轮廓图D．油酸扩散并待其形状稳定后再绘出轮廓图〖答案〗(1)8.0×10－3(7.7×10－3～8.3×10－3均正确)(2)1.0×10－11(3)1.3×10－9(4)BD〖解析〗(1)每个小方格的面积为S1＝1×10－4m2，超过半格的按一格计算，小于半格的舍去，由题图可估算油酸薄膜的面积约为S＝80S1＝80×10－4m2＝8.0×10－3m2.(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝eq\f(0.5,1000)×eq\f(1,50)×10－6m3＝1.0×10－11m3.(3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子的直径约为d＝eq\f(V,S)＝eq\f(1.0×10－11,8.0×10－3)m≈1.3×10－9m.(4)为能形成单分子油膜，油酸浓度应适当小一些；绘制轮廓图应在油酸扩散并待其形状稳定后进行，B、D正确，A、C错误．2实验：用油膜法估测油酸分子的大小〖学习目标〗1.知道用油膜法测定分子大小的思路.2.通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用.3.了解一般分子大小的数量级．一、实验思路把1滴油酸酒精溶液滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子中的烃基C17H33-组成．把分子简化为球形处理，并认为它们紧密排布，测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径，即油酸分子的直径等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，如图1所示．图1二、实验器材配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉(或细石膏粉)、注射器、烧杯、玻璃板、彩笔、坐标纸．三、物理量的测量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)用它们的总体积除以总滴数，得到1滴油酸酒精溶液的体积．(4)根据溶液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S.(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)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一块有轮廓的油膜．(3)待油膜形状稳定后，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．(5)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.四、数据分析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＝eq\f(V,S).2．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.五、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，造成较大的实验误差．2．实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉(或细石膏粉)应均匀撒在水面上．3．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成．4．待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓．5．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．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，(1)某同学操作步骤如下：①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；③在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；④在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积．改正其中的错误：____________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3mL，其形成的油膜面积为40cm2，则估测出油酸分子的直径为________m.〖答案〗(1)②在量筒中滴入N滴溶液，测出其体积；③在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉)，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定(2)1.2×10－9〖解析〗(1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液的体积误差太大，应先用累积法测出N滴该溶液体积，再求出一滴的体积；③油酸在水面上形成的油膜形状不易观察，可在水面上先撒上爽身粉(或细石膏粉)，再滴油酸酒精溶液，稳定后就呈现出有清晰轮廓的油膜．(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝4.8×10－3×0.10%×10－6m3＝4.8×10－12m3，故油酸分子直径d＝eq\f(V,S)＝eq\f(4.8×10－12,40×10－4)m＝1.2×10－9m.(2020·滕州市第一中学新校高二月考)(1)如图2所示的四个图反映“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)；图2(2)在该实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有1mL纯油酸．用注射器测得1mL上述溶液有100滴，把2滴该溶液滴入盛水的浅盘里，画出油膜的形状如图3所示，坐标格的正方形大小为20mm×20mm.可以估算出油膜的面积是________m2,2滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为________m3，由此估算出油酸分子的直径是________m；(所有结果保留两位有效数字)图3(3)某同学通过测量出的数据计算分子直径时，发现计算结果比实际值偏大，可能是由于________．A．油酸未完全散开B．油酸酒精溶液浓度低于实际值C．计算油膜面积时，将所有不足一格的方格记为一格D．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴〖答案〗(1)dacb(2)3.0×10－22.0×10－116.7×10－10(3)A〖解析〗(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液(教师完成，记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液的体积(d)→准备浅水盘→形成油膜(a)→描绘油膜边缘(c)→测量油膜面积(b)→计算分子直径；因此操作先后顺序排列应是dacb.(2)由题图油膜可知，油膜的面积S＝75×20mm×20mm≈3.0×10－2m2两滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为V＝2×eq\f(1,100)×eq\f(1,1000)mL＝2.0×10－5mL＝2.0×10－5cm3＝2.0×10－11m3油酸分子的直径为d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2.0×10－11,3.0×10－2)m≈6.7×10－10m.(3)计算油酸分子直径的公式是d＝eq\f(V,S)，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积．油酸未完全散开，测得的S偏小，求得的分子直径d将偏大，故A正确；如果油酸酒精溶液浓度低于实际值，测得的纯油酸的体积偏小，求得的分子直径将偏小，故B错误；计算油膜面积时将所有不足一格的方格记为一格，测得的S将偏大，求得的分子直径将偏小，故C错误；求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多记了10滴，一滴溶液的体积V1＝eq\f(1,n)mL，可知测得一滴溶液的体积偏小，纯油酸的体积将偏小，由d＝eq\f(V,S)可得，求得的分子直径将偏小，故D错误.1．利用油膜法估测油酸分子的直径，实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、分度值为0.1mL的量筒、盛有适量清水的45×40cm2的浅盘、爽身粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C.A．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油酸酒精溶液时的滴数N；B．将爽身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，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；C．________________________________________________________________________；D．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，数得轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S.(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径为________(单位：cm)．〖答案〗(1)见〖解析〗(2)eq\f(0.05%n,NS)〖解析〗(1)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．(2)每滴油酸酒精溶液的体积为eq\f(1,N)cm3，n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V＝eq\f(n,N)×0.05%，所以单个油酸分子的直径为d＝eq\f(V,S)＝eq\f(n×0.05%,NS)＝eq\f(0.05%n,NS).2．(2020·南京市中华中学高二月考)在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，具体操作如下：①取纯油酸0.1mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；③在边长约40cm的浅盘内注入约2cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，油膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓；④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个．(1)这种估测方法是将每个分子视为________，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________．(2)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为________m3，油膜面积为________m2，求得的油酸分子直径为________m．(结果均保留两位有效数字)〖答案〗(1)球体单分子油膜直径(2)4.0×10－128.1×10－34.9×10－10〖解析〗(1)这种估测方法是将每个分子视为球体，让油酸尽可能在水面散开，形成的油膜可视为单分子油膜