2020版高考一轮复习物理通用版讲义：第十三章实验十三用油膜法估测分子的大小

实验十三　用油膜法估测分子的大小

一、实验目的

1．估测油酸分子的大小。

2．学会间接测量微观量的原理和方法。

二、实验原理

利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，用d＝计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径。

三、实验器材

清水、浅盘、胶头滴管(或注射器)、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。

四、实验步骤

1．在浅盘中盛入适量的水(约2 cm深)，静置一段时间使水处于稳定状态。

2．用注射器(或胶头滴管)取事先配好的体积浓度为k的油酸酒精溶液，逐滴滴入量筒中，记下滴入1 mL溶液的滴数N。

3．将适量痱子粉均匀地撒在水面上。

4．用注射器(或胶头滴管)靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。

5．待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油膜的形状。

五、数据处理

1．计算一滴溶液中油酸的体积：V＝(mL)。

2．计算油膜的面积S：以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，大于半个的算一个，不足半个的舍去。

3．计算油酸的分子直径：d＝(注意单位统一)。

六、注意事项

1．实验前将所有器材用具擦洗干净。

2．痱子粉用量不要太大，油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。

3．浅盘要水平放置，其中的水面离盘口距离应较小，以便准确地画出油膜的形状。

[基础考法]

1．“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：

A．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积S

B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上

C．用浅盘装入约2 cm深的水

D．用公式d＝，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小

E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V

(1)上述步骤中有步骤遗漏或不完整的，请指出：

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________。

(2)上述实验步骤的合理顺序是________。

解析：(1)①C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉。

②实验时，还需要：F.用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时液滴的数目。

(2)实验步骤的合理顺序是CFBAED。

答案：(1)见解析　(2)CFBAED

2.(1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液；然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度；再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜；待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格正方形的大小为2 cm×2 cm，由图可以估算出油膜的面积是________ m2(保留两位有效数字)，由此估算出油膜分子的直径是________ m(保留一位有效数字)。

(2)某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算出的分子直径明显偏大，可能是由于________。

A．油酸分子未完全散开

B．油酸中含有大量酒精

C．计算油膜面积时，舍去了所有不足半格的方格

D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数多计了10滴

解析：(1)油膜面积的估算可以先数出油膜所覆盖的整个方格数，不足半个格的舍去，多于半个格的算1个格，再计算总面积，将油膜看成单分子层，先计算2滴溶液中所含油酸的体积，即为油膜的体积，再除以油膜面积即得分子直径。由图示油膜可知，油膜的面积S＝60×2 cm×2 cm＝240 cm2＝2.4×10－2 m2；

两滴油酸溶液含纯油酸的体积

V＝2×× mL＝2×10－5 mL＝2×10－11 m3，

油酸分子的直径

d＝＝ m≈8×10－10 m。

(2)由公式d＝可知，d偏大，则可能油酸体积V偏大或油膜面积S偏小，选项A、C正确。

答案：(1)2.4×10－2　8×10－10　(2)AC

3．(多选)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，下列说法正确的是(　　)

A．该实验是通过建立理想模型的方法进行测量的

B．油酸溶液浓度越低越好，使之铺满整个水槽

C．使用痱子粉是为了清晰地显示油膜边界

D．计算油膜面积时舍去所有不足一格的方格，会使计算结果偏大

E．重新实验时，不需要再清洗水槽

解析：选ACD　利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径，即该实验是通过建立理想模型的方法进行测量的，选项A正确；实验中不可让油酸铺满整个水槽，选项B错误；使用痱子粉是为了清晰地显示油膜的边界，选项C正确；计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，使S偏小，则算出来的直径d偏大，选项D正确；重新实验时，需要用少量酒精清洗水槽，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，保持清洁，选项E错误。

4．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：

①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。

②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。

③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。

④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。

⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。

完成下列填空：

(1)上述步骤中，正确的顺序是____________________。(填写步骤前面的数字)

(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直径为____________ m。(结果保留一位有效数字)

解析：(1)依据实验顺序，首先测量一滴油酸溶液的体积(④)，然后在浅盘中放水和痱子粉(①)，将一滴溶液滴入浅盘中(②)，将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状(⑤)，最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状来计算油膜的总面积(③)，故正确的操作顺序为④①②⑤③。

(2)一滴油酸酒精溶液的体积为V＝×10－6 m3＝SD，其中S＝0.13 m2，故油酸分子直径：

D＝＝×10－6 m＝5×10－10 m。

答案：(1)④①②⑤③　(2)5×10－10

5．在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，某同学按如下操作：

a．在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液，测出其体积

b．在装有水、撒适量痱子粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液，使薄膜形状稳定

c．将玻璃板放在浅盘上，将油膜形状描绘在玻璃板上

d．将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸体积和面积计算出油酸分子的直径

(1)其中有操作错误的步骤是________。

(2)已知油酸酒精溶液中油酸体积所占比例为k，N滴油酸溶液体积为V，一滴油酸溶液形成油膜的面积为S，则油酸分子的直径为________。

解析：(1)用量筒测一滴溶液的体积，无法操作，即使测量，误差也很大，要测出一滴油酸酒精溶液的体积，应在量筒中滴入N滴油酸酒精溶液，测出其体积为V，然后求出一滴该溶液的体积为V1＝，故有操作错误的步骤是a。

(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V2＝，一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为S，那么油酸分子直径为d＝。

答案：(1)a　(2)

6．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，现有用油酸和酒精按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒。

请补充下述实验步骤：

(1)_______________________________________________________________________。

(需测量的物理量用字母表示)

(2)在浅盘中注入约2 cm深的清水，在水面上均匀撒上痱子粉。

(3)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示，则油膜面积为________(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去)。

(4)估算油酸分子直径的表达式为d＝________。

解析：(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读出其体积V。

(3)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为

V′＝·，油膜面积S′＝113S。

(4)由d＝，得d＝。

答案：(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读出其体积V　(3)113S　(4)