新教材同步系列2024春高中物理第一章分子動(dòng)理論2實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測油酸分子的大形件新人教版選擇性必修第三冊

第一章分子動(dòng)理論2實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測油酸分子的大小學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．會(huì)用油膜法估測分子的大小(重難點(diǎn))2．體會(huì)通過測量宏觀量估算微觀量的方法(難點(diǎn))

學(xué)法：①通過動(dòng)手、動(dòng)腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，掌握用油膜法估測分子大小的方法．②通過練習(xí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計(jì)算分子的大小考法：①對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的考查．②對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查知識導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．估測油酸分子的大?。?．學(xué)會(huì)間接測量微觀量的原理和方法．二、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)器材清水、淺盤、膠頭滴管(或注射器)、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實(shí)驗(yàn)帶來誤差．2．配制油酸酒精溶液，取油酸1mL，注入500mL的容量瓶中，然后向容量瓶內(nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500mL刻度線為止，搖動(dòng)容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，這樣就得到了500mL含1mL純油酸的油酸酒精溶液．3．用注射器(或滴管)將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積Vn時(shí)的滴數(shù)n．4．向淺盤里倒入約2cm深的水，并將痱子粉或細(xì)石膏粉均勻地撒在水面上．5．用注射器(或滴管)將一滴油酸酒精溶液滴在水面上．6．待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上．7．重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，多測幾組數(shù)據(jù)并算得油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子直徑的大小．六、注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)前將所有器材用具擦洗干凈．2．痱子粉用量不要太大，油酸酒精溶液的濃度以小于0.1%為宜．3．淺盤要水平放置，其中的水面離盤口距離應(yīng)較小，以便準(zhǔn)確地畫出油膜的形狀．七、誤差分析1．稀釋油酸的實(shí)際濃度和理論值間存在偏差．2．一滴稀釋油酸的實(shí)際體積和理論值間存在偏差．3．油酸在水面上的實(shí)際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差．4．采用“互補(bǔ)法”(即不足半個(gè)的舍去，大于半個(gè)的算一個(gè))計(jì)算獲得的油膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差．課堂?重難探究－對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的考查例1

(2023年廣州華附期中)某實(shí)驗(yàn)小組完成“用油膜法測油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)．(1)該實(shí)驗(yàn)中的理想化假設(shè)是__________．A．將油膜看成單分子層油膜B．不考慮各油酸分子間的間隙C．不考慮各油酸分子間的相互作用力D．將油酸分子看成球形(2)該小組進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)操作，請選出需要的實(shí)驗(yàn)操作，并將它們按操作先后順序排列：__________(用字母符號表示)．(3)某次實(shí)驗(yàn)，配置油酸酒精溶液時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸5mL，用注射器測得0.5mL上述溶液有100滴，則一滴油酸的體積為________mL．把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，測得油酸膜的近似輪廓如圖所示，輪廓線內(nèi)約________格．圖中正方形小方格的邊長為2cm，油酸膜的面積為______cm2，則油酸分子的直徑是________m．(最后一空結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(4)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，該小組四個(gè)同學(xué)都發(fā)生了一個(gè)操作錯(cuò)誤，導(dǎo)致最后所測分子直徑偏大的是

(

)A．甲同學(xué)在配制油酸酒精溶液時(shí)，不小心把酒精倒多了一點(diǎn)，導(dǎo)致油酸酒精溶液的實(shí)際濃度比計(jì)算值小了B．乙同學(xué)用注射器測得102滴油酸酒精的溶液為0.5mL，不小心錯(cuò)記錄為100滴C．丙同學(xué)在計(jì)算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液體積后，不小心拿錯(cuò)了一個(gè)注射器取一溶液滴在水面上，這個(gè)拿錯(cuò)的注射器的針管比原來的粗D．丁同學(xué)計(jì)算油膜面積時(shí)，把凡是半格左右的油膜都算成了一格【答案】(1)ABD

(2)DBFEC

(3)2.5×10－5

64

256

9.8×10－10

(4)AB【解析】(1)在“用油膜法估測分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，我們的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是：①油膜是呈單分子層分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之間空隙不計(jì)，故選ABD．(2)“油膜法估測油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)步驟為：配制酒精油酸溶液(記下配制比例)→測定一滴酒精油酸溶液的體積→準(zhǔn)備淺水盤→形成油膜→描繪油膜邊緣→測量油膜面積→計(jì)算分子直徑，因此操作先后順序排列應(yīng)是：DBFEC．變式1

(2023年廣州執(zhí)信中學(xué)聯(lián)考)某同學(xué)做“用油膜法估測分子的大小”的實(shí)驗(yàn)．(1)下列說法中正確的是________．A．該實(shí)驗(yàn)中將油膜看作由一個(gè)個(gè)油酸分子緊密排列的單層分子膜B．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜輪廓越清晰，實(shí)驗(yàn)誤差越小C．計(jì)算油膜面積時(shí)將所有不完整的方格當(dāng)做完整方格計(jì)入，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小D．分子直徑近似等于油酸酒精溶液的體積與油膜的面積之比(2)每滴油酸酒精溶液的體積為V，將該溶液滴一滴到水面上，穩(wěn)定后形成油膜的面積為S．溶液的濃度為ρ，則油酸分子直徑大小的表達(dá)式為d＝________．(3)某同學(xué)在配制一定濃度的油酸酒精溶液時(shí)，不小心把酒精倒多了一點(diǎn)，因此導(dǎo)致所測的分子直徑將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．(4)若阿伏加德羅常數(shù)為NA，油酸的摩爾質(zhì)量為M，油酸的密度為ρ0，則體積為V油酸所含分子數(shù)為________．－對處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的考查例2在做“用油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸1mL，用量筒和注射器測得60滴這樣的溶液為1mL，用注射器把一滴該溶液滴入表面撒有痱子粉的淺盤里，待油膜形狀穩(wěn)定后，把玻璃板蓋在淺盤上并描畫出油膜的輪廓，如圖所示．圖中正方形小方格的邊長為2cm．(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是_______mL；(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)及圖中的面積，估測出油酸分子的直徑是____m；(3)下列說法正確的是(多選)

(

)A．選用油酸酒精溶液而不是純油酸，目的是讓油酸盡可能散開，形成單分子油膜B．若油酸沒有充分散開，油酸分子直徑的計(jì)算結(jié)果將偏小C．計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格，油酸分子直徑的計(jì)算結(jié)果將偏大D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液時(shí)，滴數(shù)少記了幾滴，油酸分子直徑的計(jì)算結(jié)果將偏小【答案】(1)1.7×10－5

(2)7.1×10－10

(3)AC變式2在“用油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)中．(1)某同學(xué)計(jì)算出的結(jié)果明顯偏大，可能是由于 (

)A．油酸未完全散開B．油酸中含有大量酒精C．計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格D．求每滴溶液中純油酸的體積時(shí)，1mL溶液的滴數(shù)多記了10滴(2)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸1mL，用注射器測得1mL上述溶液有200滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，測得油膜的近似輪廓如圖所示．圖中正方形小方格的邊長為1cm，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測出油酸分子的直徑是________nm．【答案】(1)AC

(2)0.41．實(shí)驗(yàn)中為什么用油酸而不用其他液體？提示：油酸能在水面上形成單分子層油膜，油酸分子的一端對水有很強(qiáng)的親和力，被水吸引在水中，另一端對水沒有親和力，便冒出水面，油酸分子都是直立在水面上的，單分子油膜的厚度等于油酸分子的長度．若把分子當(dāng)成小球，油膜的厚度也就等于分子的直徑(如圖所示)．2．實(shí)驗(yàn)中為什么用酒精對油酸進(jìn)行稀釋？提示：用酒精對油酸進(jìn)行稀釋是為了獲取更小體積的純油酸，這樣更有利于油酸在水面上形成單分子油膜．同時(shí)酒精易揮發(fā)，不影響測量結(jié)果．3．實(shí)驗(yàn)中為什么在水面上撒痱子粉？提示：撒痱子粉后，便于觀察所形成的油膜的輪廓．小練?隨堂鞏固1．利用油膜法估測分子的大小，需要獲得的物理量是 (

)A．一滴油酸酒精溶液中純油酸的質(zhì)量和它的密度B．一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它的密度C．一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它散成油膜的最大面積D．所形成油膜的厚度和它的密度【答案】C2．為了減小“用油膜法估測分子的大小”的誤差，下列方法可行的是 (

)B．把淺盤水平放置，在淺盤里倒入一些水，使水面離盤口距離小一些C．先在淺盤中撒些痱子粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴幾滴在水面上D．用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成矩形【答案】B3．(多選)“用油膜法估測分子直徑”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是 (

)A．把油酸分子視為球形，其直徑即為油膜的厚度B．讓油酸在水面上充分散開，形成單分子油膜C．油酸分子的直徑等于滴到水面上的油酸酒精溶液的體積除以油膜的面積D．油酸分子直徑的數(shù)量級是10－15m【答案】AB【解析】油酸在水面上形成單分子油膜，將油酸分子視為球形，其分子直徑即為膜的厚度，它等于滴在水面上的純油酸的體積除以油膜的面積，而酒精已溶于水且會(huì)揮發(fā)，故A、B正確，C錯(cuò)誤．油酸分子直徑的數(shù)量級為10－10m，故D錯(cuò)誤．4．在“用油膜法估測分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，在玻璃板上描出油膜的輪廓，然后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖所示，坐標(biāo)紙上正方形小方格的邊長為10mm，該油膜的面積是________m2，若一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是4×10－6mL，則油酸分子的直徑是