2025高考物理一轮总复习第15章热学实验19用油膜法估测分子的大小提能训练

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(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C。
A．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N；
B．将爽身粉均匀地撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从靠近水面处向浅盘中央一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，直到稳定时油酸薄膜有足够大的面积且不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；
C． 待薄膜轮廓稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上 ；
D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积为S cm2。
(2)用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的直径大小为 eq \f(n×0.05%,NS) cm。
[解析] (1)待薄膜轮廓稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上。
(2)每滴油酸酒精溶液的体积为eq \f(1,N) cm3，n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V＝eq \f(n,N)×0.05% cm3，所以单个油酸分子的直径大小为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(n×0.05%,NS) cm。
2．某同学在实验室用油膜法测油酸分子直径。
(1)该实验的科学依据是 ABD 。
A．将油膜看成单分子油膜
B．不考虑各个油酸分子间的间隙
C．考虑各个油酸分子间的间隙
D．将油酸分子看成球形
(2)实验主要步骤如下：
①向体积V油＝6 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝104 mL；
②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝75滴时，测得其体积恰好是V0＝1 mL；一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为 8×10－12 m3；
③先往浅盘里倒入2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上；
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，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；
⑤将画有油酸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，小方格的边长为L＝1 cm。
(3)由图可知油膜面积为 1×10－2 m2；计算出油酸分子直径为 6×10－10 m。(以上结果均保留一位有效数字)
(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则最终的测量结果将 偏大 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
[解析] (1)将油膜看成单分子油膜，油膜是呈单分子分布的，单分子油膜的厚度等于分子的直径，A正确；不考虑各个油酸分子间的间隙，认为这些油酸分子是一个一个紧挨在一起的，分子之间没有间隙，B正确，C错误；将油酸分子看成球形。测出油酸的体积V和形成单分子油膜的面积S，单分子油膜的厚度d＝eq \f(V,S)，可以认为厚度等于分子的直径，D正确。
(2)②一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为V＝eq \f(1,75)×eq \f(6,104) mL＝8×10－6 mL＝8×10－12 m3。
(3)由题图可知油膜面积为S＝128×1×10－4 m2
油酸分子的直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(8×10－12,1.28×10－2) m≈6×10－10 m。
(4)若滴入75滴油酸酒精溶液的体积不足1 mL，则代入计算的纯油酸的体积偏大，可知测量结果偏大。
3．在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中：
(1)在本实验中“将油酸分子看成紧密排列的球体，在水面形成单分子油膜”，体现的物理思想方法是 建模法 。
(2)若所用油酸酒精溶液的浓度约为每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，待水面稳定后，描出的油酸膜的轮廓形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm，由此可估测油酸分子的直径是 6×10－10 m。(保留一位有效数字)
(3)关于本实验，下列操作正确的是 D 。
A．配置好的油酸酒精溶液长时间暴露在空气中，能进行实验
B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面时，滴管距水面尽可能远些
C．在水面滴入一滴油酸酒精溶液后，应立即测量油膜面积
D．描绘油膜轮廓时，玻璃板距水面不能过高
[解析] (1)此实验把油酸分子看成紧密排列的球体，把在水面上形成的油膜看成是单分子油膜，是建立模型的方法。
(2)由题图可知，油膜所占方格数约为129个，则油膜的面积S＝129×1 cm2＝129 cm2；每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V＝eq \f(1 mL,75)×eq \f(6 mL,104 mL)＝8×10－6 mL；则油酸分子的直径d＝eq \f(V,S)＝eq \f(8×10－6 cm3,129 cm2)＝6×10－8 cm＝6×10－10 m。
(3)如果将配置好的油酸酒精溶液长时间暴露在空气中，酒精挥发，溶液的浓度改变，会给实验带来较大误差，故不能用该溶液进行实验，A错误；将一滴油酸酒精溶液滴在水面时，若滴管距水面较远，溶液受到水的冲击过大，可能无法形成一块完整的油膜，不便于测量油膜面积，B错误；如果在水面滴入一滴油酸酒精溶液后，立即测量油膜面积，则油膜中含有大量未溶解入水中的酒精，导致所测油膜的面积误差较大，由d＝eq \f(V,S)可知，油酸分子直径d的计算值误差较大，C错误；描绘油膜轮廓时，若玻璃板距水面过高，会导致油膜形状的记录出现较大偏差，D正确。