高考物理一轮复习第14章实验19用油膜法估算油酸分子的大小课时学案

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教材原型实验
实验原理与操作
[典例1] (2022·北京市海淀区模拟)在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
(1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成______(选填“单层”或“多层”)分子油膜的特性。若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为________。
(2)某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液，测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作：
A．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜
B．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积
C．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上
D．向浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
以上操作的合理顺序是________(填字母代号)。
(3)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是________。
A．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
D．计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理
(4)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 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，测得所形成的油膜面积是0.16 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)本实验利用了油酸分子易在水面上形成单分子油膜的特性；若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子直径为d＝eq \f(V,S)。
(2)实验步骤为：准备带水的浅盘，将痱子粉均匀撒在水面上，将配制好的油酸酒精溶液，通过量筒测出1滴此溶液的体积，然后将1滴此溶液滴在有痱子粉的浅盘里的水面上，等待形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油酸膜的形状，将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，按不足半个舍去，多于半个的算一个，统计出油酸薄膜的面积，故答案为：DACB。
(3)错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，V偏大，造成分子直径的测量值偏大，故A正确；油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，则纯油酸的体积减小，则计算的分子直径将偏小，故B错误；水面上痱子粉撒得多，油膜没有充分展开，则油膜的面积偏小，造成分子直径的测量值偏大，故C正确；计算油膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理，则油膜的面积偏大，造成分子直径的测量值偏小，故D错误。
(4)1滴油酸酒精溶液的体积为：V1＝eq \f(1,200)×eq \f(1,50)×10－6 m3＝1×10－10 m3
所以油酸分子直径为：d＝eq \f(V1,S)＝eq \f(1×10－10,0.16) m≈6×10－10 m。
[答案] (1)单层 eq \f(V,S) (2)DACB (3)AC (4)6×10－10
数据处理与分析
[典例2] (2023·天津市模拟)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
①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
②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
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________。
(2)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸1 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的且表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______ mL，油膜的面积是________ cm2。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________ m(此结果保留3位有效数字)。
(3)某学生在“用油膜法估测油酸分子大小”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．计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格
[解析] (1)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：准备油酸酒精溶液(④)→准备带水的浅盘并撒上痱子粉(②)→形成油膜(①)→描绘油膜轮廓(⑤)→计算分子直径(③)，故正确的顺序为④②①⑤③。
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积
V＝eq \f(1,1 000)×eq \f(1,200) mL＝5×10－6 mL
面积超过正方形一半的正方形的个数为40个，故油膜的面积
S＝40×1×1 cm2＝40 cm2
油酸分子直径d＝eq \f(V,S)＝1.25×10－9 m。
(3)油酸未完全散开，则S测量值偏小，直径测量值偏大，A正确；计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格，则S测量值偏大，直径测量值偏小，B错误；计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格，则S测量值偏小，直径测量值偏大，C正确。
[答案] (1)④②①⑤③ (2)5×10－6 40 1.25×10－9 (3)AC