浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第1章分子動理論2實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測油酸分子的大小課件新人教版選擇性必修第三冊

2實(shí)驗(yàn):用油膜法估測油酸分子的大小實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)·探究突破實(shí)驗(yàn)探究·方案梳理隨堂訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)探究?方案梳理實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn),估測油酸分子的大小。2.了解用測量宏觀量的方法測微觀量,提高科學(xué)探究能力。3.通過體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程,提高科學(xué)探究能力,建立更清晰的物理觀念。4.能夠獨(dú)立分析數(shù)據(jù)、形成結(jié)論、撰寫實(shí)驗(yàn)報告,并能與同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)過程、分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)原理把一滴油酸(事先測出其體積V)滴在水面上,油酸在水面上形成油酸薄膜,將其認(rèn)為是單分子層,且把分子看成球形。油膜的厚度就是油酸分子的直徑d,測出油膜面積S,則油酸分子直徑d=。實(shí)驗(yàn)器材配制好的一定濃度的油酸酒精溶液、淺盤、水、痱子粉或細(xì)石膏粉、注射器、量筒、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙等。實(shí)驗(yàn)步驟1.配制油酸酒精溶液,取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液。2.用滴管或注射器將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內(nèi)增加一定體積(例如1mL)時的滴數(shù),算出一滴油酸酒精溶液的體積。3.實(shí)驗(yàn)時先向邊長為30~40cm的淺盤里倒入約2cm深的水,然后將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上,用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液,油酸立即在水面上散開,形成一塊薄膜。4.待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,然后將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上。5.將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,算出油酸薄膜的面積S。求面積時以坐標(biāo)紙上邊長為1cm的正方形為單位。數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù),不足半個的舍去,多于半個的算一個。6.根據(jù)配制的油酸酒精溶液的濃度,算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。根據(jù)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V和薄膜的面積S即可算出油酸薄膜的厚度d=,即油酸分子的大小。7.數(shù)據(jù)處理:根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù),完成以下表格。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)123量筒內(nèi)增加1

mL溶液時的滴數(shù)

一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V

輪廓內(nèi)的小格子數(shù)

輪廓面積S

分子的直徑/m

分子直徑的平均值/m

計算方法1.一滴油酸酒精溶液的平均體積。誤差分析1.配制一定濃度的油酸酒精溶液時產(chǎn)生誤差。2.量取一滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積時產(chǎn)生誤差。3.油酸在水面上的實(shí)際分布的均勻情況存在誤差。4.采用“不足半個舍去、多于半個算一個”的互補(bǔ)法計算油膜面積存在誤差。注意事項(xiàng)1.油酸酒精溶液配制好后不要長時間放置,以免濃度改變,造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差。2.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)注意檢查淺盤是否干凈,否則難以形成油膜。3.淺盤中的水應(yīng)保持平穩(wěn),痱子粉(或細(xì)石膏粉)應(yīng)均勻撒在水面上。4.向水面滴油酸酒精溶液時,應(yīng)靠近水面,不能離水面太高,否則油膜難以形成。5.待測油酸薄膜擴(kuò)散后又會收縮,要在油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后再描輪廓。實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)·探究突破典例剖析在做用油膜法估測分子直徑的大小的實(shí)驗(yàn)中:(1)實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下。A.將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù),再根據(jù)方格的邊長求出油膜的面積S。B.將一滴油酸酒精溶液滴在水面,待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上。C.用淺盤裝入約2cm深的水,然后將痱子粉均勻地撒在水面上。熱點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與操作D.取一定體積的油酸和酒精混合均勻,配制成一定濃度的確定體積的油酸酒精溶液。E.根據(jù)油酸酒精溶液的濃度,算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。F.用注射器將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,記下量筒內(nèi)油酸酒精溶液增加一定體積時的滴數(shù)。G.由

得到油酸分子的直徑d。上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是

。

(2)在本實(shí)驗(yàn)中,“將油膜分子看成緊密排列的球形,在水面形成單分子油膜”,體現(xiàn)的物理思想方法是

。答案:(1)DFECBAG

(2)理想模型法

解析:(1)實(shí)驗(yàn)步驟為配制好油酸酒精溶液,通過量筒結(jié)合計算測出一滴此溶液的體積,然后將一滴此溶液滴在撒有痱子粉的淺盤里的水面上,等待形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆描繪出油酸膜的形狀,將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,按不足半個舍去,多于半個的算一個,統(tǒng)計出油酸薄膜的面積。則用一滴此溶液中純油酸的體積除以一滴此溶液形成的油酸薄膜的面積,恰好就是油酸分子的直徑。故實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序?yàn)镈FECBAG。(2)在本實(shí)驗(yàn)中,“將油膜分子看成緊密排列的球形,在水面形成單分子油膜”,體現(xiàn)的物理思想方法是理想模型法。學(xué)以致用在用單分子油膜估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)的操作步驟如下:①取一定量的無水酒精和油酸,制成一定濃度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴該溶液,測出它的體積;③在淺盤內(nèi)盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散開穩(wěn)定;④在淺盤上覆蓋透明玻璃,描出油膜形狀,用透明方格紙測量油膜的面積。改正其中的錯誤:

。

答案:②應(yīng)在量筒中滴入N滴該溶液③應(yīng)先在水面上撒上爽身粉解析:用單分子油膜法估測分子的大小,首先精確取1

mL的油酸,用無水酒精稀釋成油酸酒精溶液,然后在量筒中滴入N滴該溶液,讀出體積,通過計算得出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V,在盛水盤中倒入2

cm深的蒸餾水,為觀測油膜的面積,在水面上輕撒一層薄薄的爽身粉,在水面中央輕滴一滴油酸酒精溶液,于是油酸在水面上迅速散開,等到油膜不再擴(kuò)大時,用一塊透明塑料(或玻璃)板蓋在水面上描出油膜的輪廓圖,把這塊玻璃放在方格紙(繪圖紙)上,求得油膜的面積S,于是可求出油膜的厚度d=。規(guī)律方法油膜法估測分子大小的解題思路

1.按比例關(guān)系計算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。

2.采用“互補(bǔ)法”計算出油膜的面積S。

3.利用公式d=求出分子的直徑。典例剖析在做用油膜法估測分子的大小的實(shí)驗(yàn)時,油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸0.2mL,用量筒和注射器測得1mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴該溶液滴入表面撒有痱子粉的淺盤里,待水面穩(wěn)定后,畫出油酸薄膜的輪廓如圖所示,圖中正方形小方格的邊長為1cm。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)熱點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)油酸薄膜的面積是

m2。

(2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是

m3。

(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù),估測出油酸分子的直徑是

m。

(4)某同學(xué)所得到的油酸分子直徑的計算結(jié)果明顯偏小,可能是由于

。

A.油酸未完全散開B.油酸酒精溶液中含有大量酒精C.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格D.在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液時,滴數(shù)多數(shù)了10滴答案:(1)4.0×10-3(2)2.5×10-12(3)6.3×10-10(4)D解析:(1)由于每個小方格邊長為1

cm,則每一個小方格的面積就是1

cm2,數(shù)出在油膜輪廓范圍內(nèi)的格子數(shù)(超過半格的以一格計算,小于半格的舍去)為40,則油酸薄膜的面積S=40

cm2=4.0×10-3

m2。(2)由題意知,80滴油酸酒精溶液的體積為1

mL,且油酸酒精溶液的體積分?jǐn)?shù)為0.02%,故每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積(4)計算油酸分子直徑的公式是d=,V是純油酸的體積,S是油膜的面積。若水面上痱子粉撒得較多,油酸未完全散開,即油膜沒有充分展開,則測量的面積S偏小,導(dǎo)致計算結(jié)果偏大,選項(xiàng)A錯誤;大量的酒精更易使油酸分子形成單分子層薄膜,會使測量結(jié)果更精確,選項(xiàng)B錯誤;若計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格,S將偏小,計算結(jié)果將偏大,選項(xiàng)C錯誤;若在向量筒中滴入1

mL油酸酒精溶液時,滴數(shù)多數(shù)了10滴,則計算所得的V偏小,故d偏小,選項(xiàng)D正確。誤區(qū)警示1.油酸酒精溶液的實(shí)際濃度和理論值間存在偏差。

2.一滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積和理論值間存在偏差。

3.油酸在水面上的實(shí)際分布情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差。

4.采用“互補(bǔ)法(即不足半個舍去,大于半個的算一個)”計算獲得的油膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差。學(xué)以致用在用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中,所用的油酸酒精溶液的濃度為每10000mL溶液中有純油酸5mL,用注射器測得100滴這樣的溶液為1mL,把一滴該溶液滴入盛水的淺盤內(nèi),讓油膜在水面上盡可能散開,得到油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示,圖中正方形格的邊長為1cm。(1)一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是

cm3。(2)油酸薄膜的面積是

cm2。

(3)估算油酸分子的直徑是

m。

答案:(1)5×10-6(2)136(3)3.7×10-10解析:(1)一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為

(2)由題圖可知,由于每格邊長為1

cm,則每一格就是1

cm2,以“超過半格以一格計算,小于半格就舍去”的原則,數(shù)出136格,則油酸薄膜面積為S=136

cm2。典例剖析測量分子大小的方法有很多,如油膜法、顯微法。熱點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)探究拓展(1)在用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)中,用移液管量取0.25mL油酸,倒入標(biāo)注250mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取該溶液,向小量筒中滴入100滴,溶液的液面達(dá)到量筒中1mL的刻度。再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有痱子粉的盛水淺盤中滴下2滴,在液面上形成油酸薄膜,待油膜穩(wěn)定后,放在帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板下觀察油膜,如圖甲所示。坐標(biāo)中每個小正方形方格的大小為2cm×2cm。由圖可以估算出油膜的面積是

cm2,由此估算出油酸分子的直徑是

m(保留一位有效數(shù)字)。

(2)圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個“量子圍欄”的照片。這個量子圍欄是由48個鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.43×10-8m的圓周而組成的。由此可以估算出鐵原子的直徑約為

m(保留兩位有效數(shù)字)。

答案:(1)256

8×10-10(2)9.4×10-10解析:(1)數(shù)油膜的正方形格數(shù),大于半格的算一格,小于半格的舍去,得到油膜的面積S=64×2

cm×2

cm=256

cm2。學(xué)以致用在用油膜法估測油酸分子的大小實(shí)驗(yàn)中:(1)在配制的油酸酒精溶液中,純油酸與油酸酒精溶液的體積之比為1∶500,1mL油酸酒精溶液可滴250滴,那么一滴油酸酒精溶液的體積是

mL,一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為V油酸=

cm3。

(2)若實(shí)驗(yàn)中測得結(jié)果如下表所示,請根據(jù)所給數(shù)據(jù)填寫出空白處的數(shù)值,并與公認(rèn)的油酸分子直徑l0=1.12×10-10m比較,判斷此實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(選填“符合”或“不符合”)數(shù)量級的要求。

次數(shù)油膜面積S/cm2油酸分子直徑l/cm平均值1533①

④

2493②

3563③

答案:(1)4×10-3

8×10-6(2)符合

①1.50×10-8

②1.62×10-8

③1.42×10-8

④1.51×10-10m隨堂訓(xùn)練1.在用油膜法估測油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)中,將體積百分比濃度為A的n滴油酸酒精溶液滴在量筒中,測得體積為V。再將其中的一滴溶液滴在水面上,形成一層單分子油酸薄膜,薄膜面積為S,則油酸分子大小為(

)答案:B2.在做用油膜法估測分子直徑的實(shí)驗(yàn)中,先把油酸與酒精以1∶3000的比例混合,然后取一滴混合液滴在水面上,酒精溶于水,油酸在水面上擴(kuò)展后形成了面積為20cm2的油膜,設(shè)一滴混合液滴的體積為0.001cm3。由此可算出油酸分子的直徑的數(shù)量級是

m。

解析:一滴混合液中純油酸體積為所以油酸分子直徑的數(shù)量級是10-10

m。

10-103.某同學(xué)做用油膜法估測分子的大小的實(shí)驗(yàn)。(1)每滴油酸酒精溶液的體積為V0,將該溶液滴一滴到水面上,穩(wěn)定后形成油膜的面積為S。已知500mL油酸酒精溶液中含有純油酸1mL,則油酸分子直徑大小的表達(dá)式為d=

。

(2)該同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)自己所測的分子直徑d明顯偏大。出現(xiàn)這種情況的原因可能是

。

A.將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計算B.油酸酒精溶液長時間放置,酒精揮發(fā)使溶液的濃度發(fā)生了變化,但該同學(xué)并未發(fā)覺,仍按未揮發(fā)時的濃度計算(油酸仍能充分散開)C.水面上痱子粉撒得太多,油膜沒有充分散開D.計算油膜面積時,將不完整的方格作為完整方格處理解析:(1)純油酸的體積V等于油酸酒精溶液的體積乘以濃度,(2)根據(jù)d=分析可知,錯誤地將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進(jìn)行計算,則計算時所用體積數(shù)值偏大,會導(dǎo)致計算結(jié)果偏大,選項(xiàng)A符合題意;油酸酒精溶液長時間放置,酒精揮發(fā)使溶液的濃度變大,則會導(dǎo)致計算結(jié)果偏小,選項(xiàng)B不符合題意;水面上痱子粉撒得較多,油膜沒有充分展開,則測量的面積S偏小,