高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小同步达标检测题

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1．(多选)“用油膜法估测分子大小”实验的科学依据是( )
A．将油酸形成的膜看成单分子油膜
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．考虑了各油酸分子间的间隙
D．将油酸分子看成球形
【答案】ABD
【解析】实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算，所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜，不考虑油酸分子间的间隙，并把油酸分子看成球形，油酸分子直径的数量级为10－10 m，所以A、B、D正确，C错误．
2．(多选)用油膜法估测分子的大小时，采用的理想化条件是( )
A．把在水面上尽可能充分散开的油膜视为单分子油膜
B．把形成单分子油膜的分子看作紧密排列的球形分子
C．把油膜视为单分子油膜，但需考虑分子间隙
D．将单分子视为立方体模型
【答案】AB
【解析】由用油膜法估测分子大小的实验可知，将体积为V的油酸滴在水面上，形成面积为S的油膜，由此可以估算出油酸分子的直径为d＝ eq \f(V,S)，这显然是将油膜视为单分子层，将油酸分子视为球形且认为分子是紧密排列的，公式d＝ eq \f(V,S)中，并没有考虑分子间隙所占体积，所以A、B正确．
3．用油膜法估测分子的大小的实验中，下列操作正确的是( )
A．将纯油酸直接滴在水面上
B．向量筒中滴100滴油酸酒精溶液，读出其体积
C．用试管向水面倒油酸溶液少许
D．计算油膜面积时，凡是占到方格的一部分的都计入方格的总数
【答案】B
【解析】油酸应先稀释成油酸酒精溶液，然后取一滴溶液滴在浅盘里，目的是形成单分子油膜，故A、C错误，B正确；计算油膜面积时应把占到方格一半以上的作为一个，少于半格的忽略，故D错误．
4．某同学在“用油膜法估测分子大小”的实验中，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．计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算
D．求每滴溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴
【答案】A
【解析】油酸分子直径d＝ eq \f(V,S)．计算结果明显偏大，可能是V取大了或S取小了，油酸未完全散开，所测S偏小，d偏大，A正确；油酸中含有大量的酒精，不影响结果，B错误；若计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算，使S变大，d变小，C错误；若求每滴溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数多记了10滴，使V变小，d变小，D错误．
5．把体积为V1(mL)的油酸倒入适量的酒精中，稀释成V2(mL)的油酸酒精溶液，测出1 mL油酸酒精溶液共有N滴；取一滴溶液滴入水中，最终在水中形成面积为S(cm2)的单分子层油膜，则该油酸分子的直径大约为( )
A． eq \f(V1,NV2S) mB． eq \f(NV2,V1S) m
C． eq \f(V2,NV1S) cmD． eq \f(V1,NV2S) cm
【答案】D
【解析】一滴溶液中纯油酸的体积V＝ eq \f(V1,NV2)，由d＝ eq \f(V,S)得d＝ eq \f(V1,NV2S)(注意单位)．
6．(2023年珠海阶段检测)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中：
(1)下列说法正确的是________．
A．测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，可以用注射器挤出一滴油酸滴入烧杯中，观察注射器上的体积变化
B．测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，如果不使用爽身粉，也可以在水中加入红墨水后混合均匀，再滴入一滴油酸酒精溶液
C．实际的油酸分子是球形的，因此通过计算得到的油酸分子直径即是球的直径
D．计算油酸分子的大小时，认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布
(2)①若实验过程中发现，撒入的爽身粉过多，导致油酸分子未形成单分子层，则计算得到的油酸分子直径将__________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的，则计算得到的油酸分子直径将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
(3)某次实验中将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，每格边长是0.5 cm ，根据以上信息，可估算出油酸分子的直径约为________m．(保留一位有效数字)
【答案】(1)D (2)①偏大 ②偏小 (3)7×10－10
【解析】(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积时，至少要测量50滴到100滴油酸酒精溶液的体积，然后计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，A错误；测量一滴油酸酒精溶液在水面形成的面积时，使用爽身粉才能看出油膜的轮廓，在水中加入红墨水后混合均匀不能看出油膜的轮廓，B错误；实验时只是把油酸分子看作是球形的理想模型，实际的油酸分子不是球形的，因此通过计算得到只是将油酸分子看成是球形时的油酸分子直径，C错误；计算油酸分子的大小时，认为水面油酸为单分子层且认为分子间紧密排布，D正确．
(2)①若实验过程中发现，撒入的爽身粉过多，导致油酸分子未形成单分子层，则油膜面积的测量值偏小，根据d＝ eq \f(V,S)计算得到的油酸分子直径将偏大；②若实验中使用的油酸酒精溶液是经久置的，在溶液中的油酸浓度会偏大，实际计算时仍按原来的浓度计算，则计算得到的油酸分子直径将偏小．
(3)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V＝ eq \f(1,5 000)× eq \f(1,80) mL＝2.5×10－6 mL ，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5 cm2＝35 cm2，分子直径d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(2.5×10－6×10－6,35×10－4) m＝7×10－10 m．
7．在“用油膜法估测分子大小”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，配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，用透明方格纸估测油膜的面积．
改正其中的错误：________________．
(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.1%，一滴溶液的体积为4.8×10－4 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m．
【答案】(1)②应在量筒中滴入N滴溶液，计算得出一滴溶液的体积；③应在水面上先撒上痱子粉 (2)1.2×10－10
【解析】(1)②在量筒中直接测量一滴油酸酒精溶液体积误差太大，应先用累积法测出N滴溶液体积，再算出一滴溶液的体积．③油酸在水面上形成的油膜形状不易观察，可在水面上撒上痱子粉，再滴油酸酒精溶液，稳定后就呈现出清晰轮廓．
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V＝4.8×10－4×0.1% mL，d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(4.8×10－4×10－3×10－6,40×10－4) m＝1.2×10－10 m．
B组·能力提升
8．(2023年肇庆阶段检测)某实验小组完成“用油膜法测油酸分子大小”的实验．
(1)实验中要让油酸在水面尽可能散开，形成单分子油膜，并将油膜分子看成球形且紧密排列．本实验体现的物理思想方法为____(填字母)．
A．控制变量法
B．等效替代法
C．理想化模型法
(2)该小组进行下列实验操作，请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D______(用字母表示)．
(3)已知实验室中使用的酒精油酸溶液每104 mL溶液中含有2 mL 油酸，又用滴管测得每50滴这种酒精油酸溶液的总体积为1 mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)．油酸分子的大小d＝______m．(结果保留一位有效数字)
【答案】(1)C (2)BFEC (3)7×10－10
【解析】(1)将油酸分子看成球形，在水面上形成单分子油膜．本实验体现的物理思想方法为理想化模型法，故选C．
(2)根据实验操作可知正确顺序为DBFEC．
(3)根据纸上方格数可知，由图像估测油酸薄膜面积为S＝60 cm2，一滴油酸溶液中油酸分子的体积为V＝ eq \f(2,104×50) cm3＝4×10－6 cm3．
则油膜分子直径为d＝ eq \f(V,S)＝ eq \f(4×10－6,60) cm＝7×10－8 cm＝7×10－10 m ．
9．“用油膜法估测分子的大小”的实验方法及步骤如下：
①向体积V油＝1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500 mL；
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝100滴时，测得其体积恰好是V0＝1 mL；
③往边长为30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将________均匀地撒在水面上；
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的形状；
⑤将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长l＝20 mm．
根据以上信息，回答下列问题：
(1)步骤③应填______________________．
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是__________________mL．
(3)油酸分子直径是__________________m．
【答案】(1)痱子粉或石膏粉 (2)2×10－5 (3)4.4×10－10
【解析】(1)为了显示单分子油膜的形状，需要在水面上撒痱子粉或石膏粉．
(2)1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积V′＝ eq \f(V0,nV总)＝ eq \f(1,100)× eq \f(1,500) mL＝2×10－5 mL．
(3)根据大于半个方格的算一个，小于半个方格的舍去，油膜形状占据的方格数大约为113个，故面积S＝113×20×20 mm2＝4.52×104 mm2，油酸分子直径d＝ eq \f(V′,S)＝ eq \f(2×10－5×10－6,4.52×104×10－6) m≈4.4×10－10 m．