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高中物理选择性必修三
1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小
由于分子非常微小，就是用高倍的光学显微镜也看不到。
放大几百倍的光学显微镜
放大几百万倍的电子显微镜
可用扫描隧道显微镜（能放大几亿倍）观察物质表面原子的排列
我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排列图，图中的每个亮斑都是一个碳原子。
类比
问题：能够粗略测量分子的大小吗？
实验原理：把很小的一滴油酸溶液滴在水面上，水面上会形成一块油酸单分子薄膜，薄膜的厚度即为油酸分子直径的大小。
1.为什么要用油酸这种物质？
油酸分子式为C17H33COOH。由两部分组成，一部分是羧基-COOH ，对水有很强的亲和力，另一部分 C17H33对水没有亲和力而要冒出水面。因此油酸分子会一个个地直立在水面上形成单分子油膜。
2.为什么要用酒精稀释？
稀释后油酸的浓度降低，易于分散，使油酸分子尽可能少地在竖直方向重叠，更容易形成一块单分子油膜。并且溶液滴入水中，酒精先溶于水，很快挥发掉，最后在水面上形成一块纯油酸的单分子油膜。
备课资料：
3.真实的油酸分子是球形吗？如果不是为何要简化为球形？
分子并不是球形的，但为了研究的方便，把分子看做小球来处理，小球其实就是分子的简化模型，有时候也把分子看成立方体来处理。在固体、液体中认为它们是一个紧挨着一个。
4.实验中油酸薄膜是无色透明的，怎样才能看清它？
将痱子粉均匀地撒在水面上。用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面上散开，形成一块薄膜，薄膜上没有痱子粉，可以清楚地看出它的轮廓。
一、实验原理
1．由于分子十分微小，用肉眼无法观察，直接测量分子的大小是不现实的。但我们可寻找一种间接的方法测量，通过测量宏观量来测量微观量。2．如果把分子简化为球形，并认为它们紧密排布，那么就可以认为单分子油膜的厚度等于油酸分子的直径，如图所示。
3．实验中可以粗略地认为，油膜的厚度d等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，即d＝S/V。
二、实验器材
酒精稀释的油酸、清水、量筒、浅盘、注射器、玻璃板、爽身粉、彩色笔、坐标纸。
三、实验步骤1．在浅盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上。2．用注射器往小量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数N，算出一滴油酸酒精溶液的体积V。3．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。4．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用水彩笔画出油酸薄膜的形状。
5．将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有边长为1 cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。6．根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。7．计算油酸薄膜的厚度d＝S/V，即为油酸分子直径的大小。
问1：怎样计算一滴油酸精溶液中纯油酸的体积？
将上述计算得到的一滴油酸酒精溶液的体积再乘以溶液的体积比浓度即可得到其中纯油酸的体积了。例如，上述溶液是将1mL的油酸用酒精稀释为500mL的溶液，那么体积比浓度为 ，那么，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
问2：怎样计算油酸薄膜的面积？
将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个舍去，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得到油膜的面积。
四、数据处理
(1)一滴油酸酒精溶液的体积V′＝N/VN(N为滴数，VN为N滴油酸酒精溶液的体积)。(2)一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V＝V′×η(η为油酸的浓度)。(3)油酸薄膜层的面积S＝na2(n为有效个数，a为小正方形的边长)。(4)在应用上述公式计算时要注意单位的统一，最好都采用国际单位制的单位。
五、误差分析
产生原因 减小方法
偶然 误差 测量油膜面积不准确 坐标纸的方格要小一些，待液面稳定后再测量面积
油酸体积计算存在误差 配制过程要严格把握各个环节，配制好的溶液立即封存，且不宜存放较长时间
系统 误差 油膜不是单分子排列 使油酸溶液的浓度小一些，让油膜尽量在水面上散开
练习：油酸酒精溶液的浓度为每1000 cm3油酸酒精溶液中有油酸0.5 cm3，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 cm3。若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(结果保留二位有效数字)
①试计算一滴这样的溶液含有纯油酸体积为________m3；
②若油酸薄膜的面积约为2.32×10－2m2；根据上述数据，估算油酸分子的直径为________m。
答案：①1.0×10－11　②4.3×10－10

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