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。谨记部分器材用途盛水浅盘提供平静的水面坐标纸、玻璃板描绘单分子油膜的形状痱子粉撒在水面上使油膜边界清晰油酸酒精溶液获得单分子油膜四、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。实验次数量筒内增加1 mL溶液时的滴数轮廓内的小格子数轮廓面积S1   2    实验次数一滴溶液中纯油酸的体积V分子的大小(m)平均值1   2  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)5×10－103.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。