2020版高考物理新创新一轮复习通用版讲义：第十三章第78课时　用油膜法估测分子的大小（实验增分课）

第78课时　用油膜法估测分子的大小(实验增分课)

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

1．利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，如图所示。

2．将油酸分子视为球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积。

3．用d＝计算出油膜的厚度(V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，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、盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。

谨记部分器材用途

四、实验步骤

1．取1 mL油酸溶于酒精中，制成200 mL油酸酒精溶液。

2．往边长约为30～40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上。

3．用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝ mL。

4．用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。

5．待油酸薄膜形状稳定后，将准备好的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。

6．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。方法是计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，把正方形的个数乘以单个正方形的面积就是油膜的面积。

7．据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，利用一滴溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子的直径。比较算出的分子直径，看其数量级(单位为m)是否为10－10，若不是10－10 需重做实验。

五、数据处理

根据上面记录的数据，完成以下表格内容。

六、误差分析

1．油酸酒精溶液配制后若长时间放置，溶液的浓度会改变，会给实验带来较大误差。

2．纯油酸体积的计算误差。

3．油膜面积的测量误差。

4．油膜形状的画线误差。

5．数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。

七、注意事项

1．油酸酒精溶液配制后不宜长时间放置，以免浓度改变，产生误差。

2．油酸酒精溶液的浓度应小于  为宜。

3．痱子粉(或细石膏粉)的用量不要太大，否则不易成功。

4．测1滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小。

5．浅盘里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。

6．要待油膜形状稳定后，再画轮廓。

7．本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合即可。

8．做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去，最后用水冲洗，以保持盘的清洁。

1.油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴该溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，把一滴该油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25 mm，试问：

(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为_______油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(结果均保留两位有效数字)

(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？

请写出你分析的原因：____________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为球体模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。由题图可知油膜面积约占56小格，面积约为S＝56×25×25×10－6 m2＝3.5×10－2 m2，每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝××10－6 m3＝1.2×10－11 m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度d＝＝ m≈3.4×10－10 m。

(2)水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，使油膜的面积收缩。

答案：(1)球体　单分子　直径　3.5×10－2　1.2×10－11　3.4×10－10　(2)水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，使油膜的面积收缩

2．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中：

(1)关于油膜面积的测量方法，下列说法中正确的是(　　)

A．油酸酒精溶液滴入水中后，要立刻用刻度尺去量油膜的面积

B．油酸酒精溶液滴入水中后，要让油膜尽可能地散开，再用刻度尺去量油膜的面积

C．油酸酒精溶液滴入水中后，要立即将油膜的轮廓画在玻璃板上，再利用坐标纸去计算油膜的面积

D．油酸酒精溶液滴入水中后，要让油膜尽可能散开，等到形状稳定后，再把油膜的轮廓画在玻璃板上，用坐标纸去计算油膜的面积

(2)实验中，将1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液，又测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴，现将1滴溶液滴到水面上，水面上形成0.2 m2的单分子薄层，由此可估算油酸分子的直径d＝________m。

解析：(1)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒精溶液滴入水中后，油膜会散开，待稳定后，再在玻璃板上画下油膜的轮廓，用坐标纸计算油膜面积，故D对。

(2)一滴油酸酒精溶液里含纯油酸的体积V＝× cm3＝10－10 m3，油酸分子的直径d＝＝ m＝5×10－10 m。

答案：(1)D　(2)5×10－10

3.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待油膜稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为1 cm。则：

(1)油酸薄膜的面积是________cm2。

(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL。(结果保留一位有效数字)

(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为________m。(结果保留一位有效数字)

解析：(1)由题图可知轮廓内小正方形的个数为115个，则油酸膜的面积约为S＝115 cm2。

(2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积

V＝1×× mL＝8×10－6 mL。

(3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子直径

d＝＝ m≈7×10－10 m。

答案：(1)115±3　(2)8×10－6　(3)7×10－10

(1)油酸薄膜的面积要用带方格的坐标纸来估算。计算方格数时，除整格外，大于半格的算一格，小于半格的舍去。

(2)由于滴在水面上的不是纯油酸，而是油酸酒精溶液，故油酸的体积需要进行换算。