【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：第1章第2節(jié)科學(xué)測(cè)量用油膜法估測(cè)油酸分子的大小課件

第1章第2節(jié)科學(xué)測(cè)量:用油膜法估測(cè)油酸分子的大小1.知道用油膜法估測(cè)分子大小的原理、思想和方法,建立物質(zhì)分子的球體模型。(科學(xué)思維)2.通過實(shí)驗(yàn)估測(cè)油酸分子的大小,培養(yǎng)物理學(xué)中的估算能力。(科學(xué)探究)3.體會(huì)通過測(cè)量宏觀量來研究微觀量的思想方法。(科學(xué)思維)課標(biāo)要求基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)目錄索引

基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)估測(cè)油酸分子大小的數(shù)量級(jí)。(2)體驗(yàn)通過油膜法測(cè)量油酸分子大小的思想方法。2.實(shí)驗(yàn)器材:油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、筆、爽身粉、玻璃片、淺水盤、坐標(biāo)紙。3.實(shí)驗(yàn)原理:把一滴油酸酒精溶液滴在水面上形成一片單分子油膜。油膜面積最大且穩(wěn)定時(shí),不考慮分子間的空隙,把油酸分子視為球體,只要計(jì)算出一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積V并測(cè)出油膜面積S,就可估算出想一想用油膜法估測(cè)分子的大小時(shí),油酸分子的形狀真的是球形嗎?排列時(shí)會(huì)一個(gè)緊挨一個(gè)嗎?提示

實(shí)際分子的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,且分子間有空隙,認(rèn)為分子是球形且一個(gè)緊挨一個(gè)排列,是一種近似模型,是對(duì)問題的簡(jiǎn)化處理。易錯(cuò)辨析

判一判(1)為了便于研究,我們通常把油酸分子看作球形。(

)(2)油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10

m。(

)(3)為了減小誤差,在做用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)時(shí),直接使用純油酸。(

)(4)若撒入水中的爽身粉太多,會(huì)使油酸未完全散開,從而使測(cè)出的分子直徑偏小。(

)√√×提示

為了減小誤差,在做用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)時(shí),使用油酸酒精溶液?！撂崾?/p>

若撒入水中的爽身粉太多,會(huì)使油酸未完全散開,油膜的面積偏小,從而使測(cè)出的分子直徑偏大。(5)若滴在水面的油酸酒精溶液體積為V,鋪開的油膜面積為S,則可估算出油酸分子直徑為

。(

)×提示

油酸分子的直徑等于純油酸體積與油膜面積的比值。

即學(xué)即用

練一練(多選)關(guān)于分子,下列說法正確的是(

)A.分子的形狀要么是球形,要么是立方體B.所有分子的直徑都相同C.不同分子的直徑一般不同,但數(shù)量級(jí)基本一致D.測(cè)定分子大小的方法有多種,油膜法只是其中一種方法CD解析

實(shí)際上,分子的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,它的形狀并不真的都是球形或立方體,分子的直徑不可能都相同,測(cè)定分子大小的方法有許多種,盡管用不同方法測(cè)出的結(jié)果有差異,但數(shù)量級(jí)基本是一致的,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C、D正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一實(shí)驗(yàn)原理及操作情境探究生活中,我們經(jīng)常遇見這樣一種現(xiàn)象:很少量的油不小心灑在水面上,擴(kuò)散很大的面積。想一想,實(shí)驗(yàn)中為什么不能用純油酸而是用油酸酒精溶液?要點(diǎn)提示

如果往水面上直接滴一滴純油酸,那么它在水面上形成單分子油膜所需液面面積太大,實(shí)驗(yàn)室中很難提供這么大的容器,即使能提供,做起實(shí)驗(yàn)來也不方便。所以本實(shí)驗(yàn)中采取用酒精對(duì)油酸進(jìn)行稀釋的辦法來獲取更小體積的純油酸,這樣做更有利于油酸在水面上形成單分子油膜。知識(shí)歸納1.實(shí)驗(yàn)思路認(rèn)為油酸薄膜是由單層油酸分子緊密排列組成的,把油酸分子簡(jiǎn)化為球形,認(rèn)為油膜的厚度即為油酸分子的直徑,如圖所示。2.待測(cè)物理量一是測(cè)出一滴油酸酒精溶液的體積,并算出對(duì)應(yīng)的純油酸的體積;二是測(cè)量這滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積。實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V,再測(cè)出油膜的面積S,油酸分子的直徑

。應(yīng)用體驗(yàn)典例1

用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中,首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液,稀釋的目的是___________________________________________________。實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積,可以_____________________________________________________________________________________________。為得到油酸分子的直徑,還需測(cè)量的物理量是

。

使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜

把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,測(cè)出1mL油酸酒精溶液的滴數(shù),得到一滴溶液中純油酸的體積單分子層油膜的面積

解析

稀釋后,油酸在淺盤的水面上更容易形成一塊單分子層油膜。把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,測(cè)出1

mL油酸酒精溶液的滴數(shù)n,得到一滴油酸酒精溶液的體積

,之后根據(jù)濃度求出一滴溶液中純油酸的體積。根據(jù)公式

可知,還需要測(cè)單分子層油膜的面積S。規(guī)律方法

用油膜法估測(cè)油酸分子大小實(shí)驗(yàn)中的“兩測(cè)一算”(1)測(cè)量一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積。先配制一定濃度的油酸酒精溶液,用注射器或滴管將事先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(nèi)增加一定體積(例如1

mL)時(shí)的滴數(shù),從而算出一滴溶液的體積,再結(jié)合溶液的濃度就可以計(jì)算出一滴溶液中所含純油酸的體積。(2)測(cè)量單分子油膜的面積。①在淺盤中裝入2

cm深的水,然后將爽身粉均勻地撒在水面上。②將一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上。③將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù),再根據(jù)方格的個(gè)數(shù)求出油膜的面積。(3)估算分子的直徑。如果一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為V,所形成的單分子油膜的面積為S,則分子的直徑為

。針對(duì)訓(xùn)練1在用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)中,以下給出的是可能的操作步驟,把你認(rèn)為正確的步驟前的字母按合理的順序填寫在橫線上

。

A.將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位,數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)nB.將一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定C.在淺盤中裝入約2cm深的水,然后將爽身粉均勻地撒在水面上D.用測(cè)量的物理量估算出油酸分子的直徑dE.用滴管將事先配好的體積濃度為0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,記下滴入的溶液體積V0與滴數(shù)NF.將玻璃板放在淺盤上,用筆將薄膜的外圍形狀描畫在玻璃板上答案

ECBFAD(E和C可顛倒)解析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟可知合理的順序?yàn)镋CBFAD,其中E和C的先后順序可顛倒。探究二數(shù)據(jù)處理及誤差分析情境探究在用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)中,現(xiàn)有按油酸體積與酒精體積比為n∶m配制好的油酸酒精溶液,還有一個(gè)盛有約2

cm深水的淺盤、一支滴管、一個(gè)量筒。(1)用滴管向量筒內(nèi)加注N滴油酸酒精溶液,其體積為V;再用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤,等油酸薄膜穩(wěn)定后,將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上,如圖所示。已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小方格面積為S,則油膜面積為

(填寫S的整數(shù)倍)。

(2)估算油酸分子直徑的表達(dá)式為d=

。

要點(diǎn)提示

(1)求油膜面積時(shí),半個(gè)以上方格面積記為S,不足半個(gè)舍去,數(shù)出總格數(shù)是8,故面積為8S。知識(shí)歸納1.數(shù)據(jù)處理在實(shí)驗(yàn)中由

計(jì)算分子直徑,V是經(jīng)過換算后一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積,各物理量的計(jì)算方法如下:(1)一滴油酸酒精溶液的體積

(N為滴數(shù),VN為N滴油酸酒精溶液的體積)。(2)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V=η×V'(η為油酸的體積濃度)。(3)油酸薄膜的面積S=na2(n為小正方形的有效個(gè)數(shù),a為小正方形的邊長(zhǎng))。2.注意事項(xiàng)(1)油酸酒精溶液配制好后不要長(zhǎng)時(shí)間放置,以免濃度改變。(2)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)注意檢查淺盤是否干凈,否則難以形成油膜。(3)淺盤中的水應(yīng)保持平穩(wěn),爽身粉應(yīng)均勻撒在水面上。(4)向水面滴油酸酒精溶液時(shí),應(yīng)靠近水面,不能離水面太高。(5)要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再描輪廓。3.誤差分析(1)不能形成單分子油膜。(2)油滴體積的測(cè)量產(chǎn)生誤差。(3)計(jì)算油膜的面積時(shí)有誤差(每個(gè)方格面積越小,誤差越小)。應(yīng)用體驗(yàn)典例2

某同學(xué)做用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)。(1)每滴油酸酒精溶液的體積為V0,將該溶液滴一滴到水面上,穩(wěn)定后形成油膜的面積為S。已知500mL油酸酒精溶液中含有純油酸1mL。則油酸分子直徑大小的表達(dá)式為d=

。

(2)(多選)該同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)自己所測(cè)的分子直徑d明顯偏大。出現(xiàn)這種情況的原因可能是

。

A.將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算B.油酸酒精溶液長(zhǎng)時(shí)間放置,酒精揮發(fā)使溶液的濃度發(fā)生了變化C.水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開D.計(jì)算油膜面積時(shí),將不完整的方格作為完整方格處理AC(2)將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算,則計(jì)算公式變?yōu)?/p>

,結(jié)果將明顯偏大,故A正確;油酸酒精溶液長(zhǎng)時(shí)間放置,酒精揮發(fā)使溶液的濃度增大,所測(cè)的分子直徑d應(yīng)偏小,故B錯(cuò)誤;水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開,油膜面積偏小,由計(jì)算公式可知C正確;計(jì)算油膜面積時(shí),將不完整的方格作為完整方格處理,油膜面積偏大,所測(cè)的分子直徑d會(huì)偏小,故D錯(cuò)誤。針對(duì)訓(xùn)練2(2023海南?？谀M)在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中,所用油酸酒精溶液的濃度為每V1體積溶液中有純油酸體積V2,用注射器和量筒測(cè)得V0體積上述溶液有n滴,把一滴該溶液滴入盛水的撒有爽身粉的淺盤中,待水面穩(wěn)定后,得到油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示,圖中每個(gè)小正方形格的邊長(zhǎng)為a,則可求得:(1)油酸薄膜的面積S=

;

(2)油酸分子的直徑是

;(用V1、V2、V0、n、S表示)

115a2(3)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中最終得到的油酸分子直徑數(shù)據(jù)偏大,可能是由于

;

A.水面上爽身粉撒得太多,油膜沒有充分展開B.計(jì)算油膜面積時(shí),舍去了所有不足一格的方格C.用注射器和量筒測(cè)V0體積溶液滴數(shù)時(shí)多記錄了幾滴D.油膜中含有大量未溶解的酒精AB解析

(1)輪廓包圍方格約為115個(gè),一個(gè)方格的面積為a2,故油酸薄膜的面積為S=115a2。(3)如果水面上爽身粉撒得較多,油酸沒有充分展開,導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的油酸面積比充分展開的油酸面積小,由

可知,計(jì)算結(jié)果將偏大,故A正確;如果計(jì)算油膜面積時(shí),舍去了所有不足一格的方格,導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的油膜面積偏小,由

可知,計(jì)算結(jié)果將偏大,故B正確;用注射器和量筒測(cè)V0體積溶液滴數(shù)時(shí)多記錄了幾滴,則每一滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積的測(cè)量值偏小,由

可知,計(jì)算結(jié)果將偏小,故C錯(cuò)誤;如果油膜中含有大量未溶解的酒精,導(dǎo)致油酸的實(shí)際面積比統(tǒng)計(jì)面積小,計(jì)算時(shí)采用統(tǒng)計(jì)的油酸面積S偏大,由

可知,油酸分子直徑d的計(jì)算值將比真實(shí)值偏小,故D錯(cuò)誤。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1231.利用油膜法可估測(cè)分子的大小,關(guān)于實(shí)驗(yàn)中油膜面積的測(cè)量方法,下列說法正確的是(

)A.油酸酒精溶液滴入水中后,應(yīng)立即用刻度尺去測(cè)量油酸油膜的面積B.油酸酒精溶液滴入水中后,應(yīng)讓油酸盡可能地散開,再用刻度尺去測(cè)量油膜的面積C.油酸酒精溶液滴入水中后,應(yīng)立即將油膜的輪廓畫到玻璃板上,再利用坐標(biāo)紙去計(jì)算油膜的面積D.油酸酒精溶液滴入水中后,應(yīng)讓油酸盡可能地散開,再把油膜的輪廓畫在玻璃板上,然后再利用坐標(biāo)紙去計(jì)算油膜的面積D解析

在測(cè)量油膜面積時(shí),應(yīng)讓油酸盡可能地散開,然后在玻璃板上畫出油膜的輪廓,用坐標(biāo)紙通過數(shù)有效方格數(shù)來計(jì)算油膜的面積,故D項(xiàng)正確。1232.(多選)某同學(xué)在用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中,得出的計(jì)算結(jié)果明顯偏大,可能是由于(

)A.油酸未完全散開B.油酸中含有大量的酒精C.計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一個(gè)的方格D.求每滴溶液體積時(shí),1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴AC123解析

油酸分子直徑

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