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2025年高考物理一轮复习讲义学案 第十五章 热 学 实验十九 用油膜法估测油酸分子的大小
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这是一份2025年高考物理一轮复习讲义学案 第十五章 热 学 实验十九 用油膜法估测油酸分子的大小，共6页。
1.注意事项
（1）将所有的实验用具擦洗干净，不能混用.
（2）油酸酒精溶液的浓度以小于0.1％为宜.
（3）浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直.
2.误差分析
（1）纯油酸体积的计算引起误差.
（2）对油膜形状画线时带来误差.
（3）数格子法本身是一种估算的方法，从而会带来误差.
命题点1 实验原理及操作
1.某实验小组利用图中的器材，进行“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验.
（1）该实验中的理想化假设是（ ABD ）
A.将油膜看成单分子层油膜
B.不考虑各油酸分子间的间隙
C.不考虑各油酸分子间的相互作用力
D.将油酸分子看成球形
（2）实验中使用的是油酸酒精溶液，其中酒精的作用是（ D ）
A.使油酸的油膜边界轮廓清晰
B.使油酸的颜色更加透明
C.有助于测量一滴油酸的体积
D.对油酸溶液起到稀释作用
（3）测量一滴油酸酒精溶液的体积时，为了减小误差而巧用的方法是（ C ）
A.控制变量法B.建模法
C.累积法D.归纳法
（4）实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于（ D ）
A.油膜中含有大量未溶解的酒精
B.将全部不完整的方格作为完整方格计算油膜面积
C.油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
D.水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开
解析 （1）用油膜法估测油酸分子的直径时，不考虑油酸分子间的间隙，将油膜看成单分子层油膜，以及将油酸分子看成球形.故选ABD.
（2）实验中使用的是油酸酒精溶液，其中酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用.故选D.
（3）测量一滴油酸酒精溶液的体积时，先是测量多滴溶液的总体积，然后以总体积比总滴数，可知为了减小误差而巧用的方法是累积法.故选C.
（4）油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积偏大，根据d＝VS可知，实验中最终得到的计算结果数据偏小，故A错误；将全部不完整的方格作为完整方格计算油膜面积，导致油膜面积偏大，根据d＝VS可知实验中最终得到的计算结果数据偏小，故B错误；油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度变大，若仍然按较小浓度运算，则得到的纯油酸体积偏小，根据d＝VS可知，实验中最终得到的计算结果数据偏小，故C错误；水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，测得的油膜面积偏小，根据d＝VS可知实验中最终得到的计算结果数据偏大，故D正确.
命题点2 数据处理及误差分析
2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1mL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0.5cm，根据以上信息，回答下列问题：
（1）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 2.5×10－6 mL.
（2）油膜的面积为 35 cm2.
（3）油酸分子的直径约为 7×10－10 m.（结果保留1位有效数字）
（4）从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，油膜的面积大小变化情况是 先变大后变小 .
（5）甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误.其中会导致所测的分子直径d偏小的是 A .
A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些
B.乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小
C.丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些
解析 （1）一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝180×15000mL＝2.5×10－6mL.
（2）由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5cm2＝35cm2.
（3）油酸分子的直径约为d＝VS≈7×10－10m.
（4）从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小.
（5）甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来的计算的，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏大，B错误；丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏大，C错误.
1.关于“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，下列选项正确的是 A .
A.将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙
B.利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有不足一格的方格
C.测一滴油酸酒精溶液的体积时，只需将其滴入量筒即可
D.若油酸未完全散开，会使测出的分子直径偏小
解析 将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙，所以A正确；利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有小于半格的方格，大于等于半格的算1格，所以B错误；测一滴油酸酒精溶液的体积时，需采用累积法以减小误差，所以C错误；若油酸未完全散开，则测量的油膜面积会偏小，根据d＝VS知，测出的分子直径偏大，所以D错误.
2.在“用单分子油膜估测分子直径”的实验中，均匀撒痱子粉有利于形成 边界清晰的油膜 ，便于记录数据.将体积为V的油酸酒精溶液滴在水面上，油膜充分散开后面积为S，溶液的浓度为η，则估算该分子的直径为 ηVS .
解析 均匀撒下的痱子粉可以约束油膜表面的扩张，形成边界清晰的油膜.浓度为η、体积为V的油酸酒精溶液中，纯油酸的体积为ηV，油酸分子的直径等于油膜的厚度d＝ηVS.
3.油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.5mL，用注射器吸取1mL油酸酒精溶液，把该溶液滴入烧杯内，总滴数为50滴.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘（已撒痱子粉）中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示.（以下计算结果均保留2位有效数字）
（1）若每一小方格的边长为10mm，则油酸薄膜的面积约为 8.0×10－3（7.8×10－3～8.2×10－3均可） m2.
（2）每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 1.0×10－11 m3.
（3）根据上述数据，估算出油酸分子的直径为 1.3×10－9（或1.2×10－9） m.
（4）为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列可行的措施是 BD （填选项前的字母）.
A.油酸酒精溶液的浓度适当大一些
B.油酸酒精溶液的浓度适当小一些
C.油酸扩散后立即绘出轮廓图
D.油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图
解析 （1）每个小方格的面积为S1＝（10mm）2＝1×10－4m2，面积超过小方格面积一半的小方格的个数约为80个，则油酸薄膜的面积约为S＝80S1＝80×10－4m2＝8.0×10－3m2.
（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝0.51000×50mL＝1.0×10－11m3.
（3）把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则分子的直径为d＝VS＝1.0×10－118.0×10－3m＝1.3×10－9m.
（4）为能形成单分子油膜，油酸酒精溶液的浓度应适当小些；绘制轮廓图应在油酸扩散稳定后进行.故选B、D.
4.在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.5mL，用注射器测得1mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边长为1cm，则可求得：
（1）油酸薄膜的面积为 71（69～73均可） cm2.
（2）油酸分子的直径为 8.8×10－10（8.6×10－10～9.1×10－10均可） m（结果保留2位有效数字）.
（3）某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于 CD （填选项前的字母）.
A.油膜中含有大量未溶解的酒精
B.计算油膜面积时，错将全部不完整的方格作为完整方格处理
C.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D.水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开
（4）利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数.如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为 6MS3πρV3 .（分子看成球体）
（5）本实验体现的物理思想方法为 B （填选项前的字母）.
A.控制变量法B.理想模型法
C.极限思维法D.整体与隔离法
解析 （1）轮廓包围的方格约为71个，故油酸薄膜的面积为S＝71×1×1cm2＝71cm2.
（2）每滴溶液中含有纯油酸的体积为V＝180×0.51000mL＝6.25×10－6mL，油酸分子的直径为d＝VS＝8.8×10－10m.
（3）如果油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜的实际面积比统计面积小，计算时采用统计的油膜面积S偏大，由d＝VS可知，油酸分子直径d的计算值将比真实值偏小，故A错误；计算油膜面积时，如果错将全部不完整的方格作为完整方格处理，导致统计的油膜面积比实际面积大，油酸分子直径的计算结果将偏小，故B错误；如果计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致统计的油膜面积偏小，油酸分子直径的计算结果将偏大，故C正确；如果水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开，导致统计的油膜面积比充分展开的油膜面积小，油酸分子直径的计算结果将偏大，故D正确.
（4） 油酸分子个数为N＝V43π(V2S)3，油酸的物质的量为n＝ρVM，故阿伏加德罗常数为NA＝Nn＝6MS3πρV3.
（5）实验中把油酸分子简化为球体，忽略分子间隙，并且认为油膜为单层分子薄膜，是一种理想化模型，故选B.2023年高考中北京T15（1）、浙江6月T16－Ⅲ均涉及对该实验的考查，主要考查实验原理、实验操作、数据分析等.近年高考对实验探究越来越注重，预计2025年高考该实验可能会以选择题形式或者与其他小实验综合考查.
1.注意事项
（1）将所有的实验用具擦洗干净，不能混用.
（2）油酸酒精溶液的浓度以小于0.1％为宜.
（3）浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直.
2.误差分析
（1）纯油酸体积的计算引起误差.
（2）对油膜形状画线时带来误差.
（3）数格子法本身是一种估算的方法，从而会带来误差.
命题点1 实验原理及操作
1.某实验小组利用图中的器材，进行“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验.
（1）该实验中的理想化假设是（ ABD ）
A.将油膜看成单分子层油膜
B.不考虑各油酸分子间的间隙
C.不考虑各油酸分子间的相互作用力
D.将油酸分子看成球形
（2）实验中使用的是油酸酒精溶液，其中酒精的作用是（ D ）
A.使油酸的油膜边界轮廓清晰
B.使油酸的颜色更加透明
C.有助于测量一滴油酸的体积
D.对油酸溶液起到稀释作用
（3）测量一滴油酸酒精溶液的体积时，为了减小误差而巧用的方法是（ C ）
A.控制变量法B.建模法
C.累积法D.归纳法
（4）实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于（ D ）
A.油膜中含有大量未溶解的酒精
B.将全部不完整的方格作为完整方格计算油膜面积
C.油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
D.水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开
解析 （1）用油膜法估测油酸分子的直径时，不考虑油酸分子间的间隙，将油膜看成单分子层油膜，以及将油酸分子看成球形.故选ABD.
（2）实验中使用的是油酸酒精溶液，其中酒精的作用是对油酸溶液起到稀释作用.故选D.
（3）测量一滴油酸酒精溶液的体积时，先是测量多滴溶液的总体积，然后以总体积比总滴数，可知为了减小误差而巧用的方法是累积法.故选C.
（4）油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜面积偏大，根据d＝VS可知，实验中最终得到的计算结果数据偏小，故A错误；将全部不完整的方格作为完整方格计算油膜面积，导致油膜面积偏大，根据d＝VS可知实验中最终得到的计算结果数据偏小，故B错误；油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度变大，若仍然按较小浓度运算，则得到的纯油酸体积偏小，根据d＝VS可知，实验中最终得到的计算结果数据偏小，故C错误；水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，测得的油膜面积偏小，根据d＝VS可知实验中最终得到的计算结果数据偏大，故D正确.
命题点2 数据处理及误差分析
2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将1mL的纯油酸配制成5000mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1mL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0.5cm，根据以上信息，回答下列问题：
（1）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为 2.5×10－6 mL.
（2）油膜的面积为 35 cm2.
（3）油酸分子的直径约为 7×10－10 m.（结果保留1位有效数字）
（4）从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，油膜的面积大小变化情况是 先变大后变小 .
（5）甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作错误.其中会导致所测的分子直径d偏小的是 A .
A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些
B.乙在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小
C.丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些
解析 （1）一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝180×15000mL＝2.5×10－6mL.
（2）由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为S＝140×0.5×0.5cm2＝35cm2.
（3）油酸分子的直径约为d＝VS≈7×10－10m.
（4）从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小.
（5）甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来的计算的，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏大，B错误；丙在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d＝VS，可知所测的分子直径d偏大，C错误.
1.关于“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，下列选项正确的是 A .
A.将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙
B.利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有不足一格的方格
C.测一滴油酸酒精溶液的体积时，只需将其滴入量筒即可
D.若油酸未完全散开，会使测出的分子直径偏小
解析 将油膜看作单层分子薄膜，且不考虑油酸分子间的空隙，所以A正确；利用画有油膜轮廓的坐标方格计算油膜面积时，舍去所有小于半格的方格，大于等于半格的算1格，所以B错误；测一滴油酸酒精溶液的体积时，需采用累积法以减小误差，所以C错误；若油酸未完全散开，则测量的油膜面积会偏小，根据d＝VS知，测出的分子直径偏大，所以D错误.
2.在“用单分子油膜估测分子直径”的实验中，均匀撒痱子粉有利于形成 边界清晰的油膜 ，便于记录数据.将体积为V的油酸酒精溶液滴在水面上，油膜充分散开后面积为S，溶液的浓度为η，则估算该分子的直径为 ηVS .
解析 均匀撒下的痱子粉可以约束油膜表面的扩张，形成边界清晰的油膜.浓度为η、体积为V的油酸酒精溶液中，纯油酸的体积为ηV，油酸分子的直径等于油膜的厚度d＝ηVS.
3.油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.5mL，用注射器吸取1mL油酸酒精溶液，把该溶液滴入烧杯内，总滴数为50滴.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘（已撒痱子粉）中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示.（以下计算结果均保留2位有效数字）
（1）若每一小方格的边长为10mm，则油酸薄膜的面积约为 8.0×10－3（7.8×10－3～8.2×10－3均可） m2.
（2）每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 1.0×10－11 m3.
（3）根据上述数据，估算出油酸分子的直径为 1.3×10－9（或1.2×10－9） m.
（4）为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小，下列可行的措施是 BD （填选项前的字母）.
A.油酸酒精溶液的浓度适当大一些
B.油酸酒精溶液的浓度适当小一些
C.油酸扩散后立即绘出轮廓图
D.油酸扩散并待其收缩稳定后再绘出轮廓图
解析 （1）每个小方格的面积为S1＝（10mm）2＝1×10－4m2，面积超过小方格面积一半的小方格的个数约为80个，则油酸薄膜的面积约为S＝80S1＝80×10－4m2＝8.0×10－3m2.
（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝0.51000×50mL＝1.0×10－11m3.
（3）把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则分子的直径为d＝VS＝1.0×10－118.0×10－3m＝1.3×10－9m.
（4）为能形成单分子油膜，油酸酒精溶液的浓度应适当小些；绘制轮廓图应在油酸扩散稳定后进行.故选B、D.
4.在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.5mL，用注射器测得1mL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形格的边长为1cm，则可求得：
（1）油酸薄膜的面积为 71（69～73均可） cm2.
（2）油酸分子的直径为 8.8×10－10（8.6×10－10～9.1×10－10均可） m（结果保留2位有效数字）.
（3）某同学实验中最终得到的计算结果数据偏大，可能是由于 CD （填选项前的字母）.
A.油膜中含有大量未溶解的酒精
B.计算油膜面积时，错将全部不完整的方格作为完整方格处理
C.计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D.水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开
（4）利用单分子油膜法可以粗测分子大小和阿伏加德罗常数.如果已知体积为V的一滴油酸在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油酸的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为 6MS3πρV3 .（分子看成球体）
（5）本实验体现的物理思想方法为 B （填选项前的字母）.
A.控制变量法B.理想模型法
C.极限思维法D.整体与隔离法
解析 （1）轮廓包围的方格约为71个，故油酸薄膜的面积为S＝71×1×1cm2＝71cm2.
（2）每滴溶液中含有纯油酸的体积为V＝180×0.51000mL＝6.25×10－6mL，油酸分子的直径为d＝VS＝8.8×10－10m.
（3）如果油膜中含有大量未溶解的酒精，导致油膜的实际面积比统计面积小，计算时采用统计的油膜面积S偏大，由d＝VS可知，油酸分子直径d的计算值将比真实值偏小，故A错误；计算油膜面积时，如果错将全部不完整的方格作为完整方格处理，导致统计的油膜面积比实际面积大，油酸分子直径的计算结果将偏小，故B错误；如果计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致统计的油膜面积偏小，油酸分子直径的计算结果将偏大，故C正确；如果水面上爽身粉撒得较多，油膜没有充分展开，导致统计的油膜面积比充分展开的油膜面积小，油酸分子直径的计算结果将偏大，故D正确.
（4） 油酸分子个数为N＝V43π(V2S)3，油酸的物质的量为n＝ρVM，故阿伏加德罗常数为NA＝Nn＝6MS3πρV3.
（5）实验中把油酸分子简化为球体，忽略分子间隙，并且认为油膜为单层分子薄膜，是一种理想化模型，故选B.2023年高考中北京T15（1）、浙江6月T16－Ⅲ均涉及对该实验的考查，主要考查实验原理、实验操作、数据分析等.近年高考对实验探究越来越注重，预计2025年高考该实验可能会以选择题形式或者与其他小实验综合考查.
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