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实验十八　用油膜法估测油酸分子的大小
1.知道油膜法估测油酸分子的大小的原理．
2．掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法．
一、操作过程
1．配置溶液：取1 mL油酸溶于________中，制成200 mL油酸酒精溶液．
提醒：用酒精对油酸进行稀释，有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜．同时酒精易挥发，不影响测量结果．
2．倒水撒粉：往边长约为30～40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将爽身粉(或细石膏粉)________地撒在水面上．
提醒：撒爽身粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓．
3.计算体积：用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的______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．形成油膜：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________油膜．
警示：油膜的面积是先扩张后缩小，最后达到稳定状态．
5．描画形状：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________的形状画在玻璃板上．
6．计算面积：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.计算直径：根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．
警示：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．
二、数据处理
1．一滴油酸溶液的平均体积＝.
2．一滴油酸溶液中含纯油酸的体积V＝×油酸溶液的体积比．
(体积比＝)
3．油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)．
4．分子直径d＝(代入数据时注意统一单位和有效数字的保留)．
三、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．
四、注意事项
1．在有机玻璃板上描绘轮廓时动作轻而迅速，眼睛视线要始终与玻璃垂直．
2．本实验只要求估算油酸分子的大小，实验结果数量级符合要求即可．
考点一　教材原型实验
例 1 在做
“用油膜法估测分子大小”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上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为2 cm.
(1)请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D、________(用字母符号表示)．
(2)某次实验时，滴下油酸溶液后，痱子粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是___________________________________________
________________________________________________________________________.
A．盆中装的水量太多
B．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀
C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层
(3)按题目中所给实验数据估测出油酸分子的直径为________m(保留一位有效数字)．
例 2 [2024·河南许昌模拟预测]在“用油膜法估测分子的大小”实验中：
(1)该实验中建立理想化模型，下列说法正确的是________．
A．将油膜看成单分子层油膜
B．油酸分子间的间隙不可忽略
C．不考虑各油酸分子间的相互作用力
D．将油酸分子看成立方体模型
(2)某同学在本实验中，计算结果明显偏小，可能是由于________．
A．油酸未完全散开
B．油酸酒精溶液的体积算作一滴纯油酸的体积
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴
(3)该同学将一滴油酸酒精溶液滴入事先洒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出油膜的轮廓，该油膜的面积是8.0×10－3 m2：已知油酸酒精溶液中油酸浓度为0.2%，400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积是1.2 mL，则油酸分子直径为________m(结果保留两位有效数字)．
考点二　探索创新实验
例 3 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V油膜，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1∶500，1 mL溶液滴250滴，那么1滴溶液的体积是________ mL，所以一滴溶液中油酸体积为V油酸＝________cm3.若实验中测得结果如表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L0＝1.12×10－10 m作比较，并判断此实验是否符合数量级的要求．
次数 S/cm2 L＝/cm L平均值
1 533
2 493
3 563
例 4 [2024·北京西城统考一模]物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等．
(1)用游标卡尺测量某金属管的外径，示数如图1所示，则该金属管的外径为________mm.
(2)某同学用图2所示的电路测量电池的电动势和内电阻，调节滑动变阻器的滑片，得到多组电压表和电流表的示数，并在坐标纸上标出，如图3所示．请作出该电池的U-I图线，并根据图线得出该电池的电动势E＝________V(结果保留3位有效数字)，内电阻r＝________Ω(结果保留2位有效数字)．
(3)
某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，获得图4所示的油膜轮廓．在计算油膜面积时，他把凡是半格左右的油膜都算成了一格，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径偏大还是偏小？
请分析说明理由_________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
实验十八　用油膜法估测油酸分子的大小
必备知识·自主落实
一、
1．酒精
2．均匀
3．油酸酒精
4．单分子
5．油酸薄膜
关键能力·分层突破
考点一
例1　解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅盘→形成油膜→描绘油膜轮廓→计算油膜面积→计算分子直径，故顺序为D、B、F、E、C.
(2)当痱子粉太厚时，会导致油酸无法散开，形成锯齿状油膜，故B正确，A、C错误．
(3)一滴酒精油酸溶液含纯油酸的体积V＝ m3＝8×10－12 m3，由图示坐标纸可知，不足半格舍去，超过半格的算一格；则油膜所占方格数是73，则油膜的面积S＝73×2×2 cm2＝292 cm2，油酸分子的直径d＝＝ m≈3×10－10 m.
答案：(1)B、F、E、C　(2)B　(3)3×10－10
例2　解析：(1)用油膜法估测分子的大小的实验中，所做的理想化假设包括：不考虑分子间的间隙，将油膜看成单分子层油膜，以及将油酸分子看成球形等，分子间的作用力使油酸在水面上形成油膜，所以分子间的相互作用力需要考虑，故B、C、D错误，A正确．
(2)计算油酸分子直径的公式是d＝，V是纯油酸的体积，S是油酸的面积．
油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A错误；
油酸酒精溶液的体积算作一滴纯油酸的体积，则V偏大直径将偏大，故B错误；
计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，则S偏小直径将偏大，故C错误；
在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴，由V＝可知，油酸的体积将偏小，则计算得到的直径将偏小，故D正确．故选D.
(3)纯油酸的体积为V0＝1.2×10－6×0.2%＝2.4×10－9 m3
一滴纯油酸的体积为V＝＝ m3＝6×10－12 m3
则油酸分子的直径为d＝＝ m＝7.5×10－10 m.
答案：(1)A　(2)D　(3)7.5×10－10
考点二
例3　解析：由题给条件得，1滴溶液的体积为V溶液＝ mL＝4×10－3 mL，因为＝，
故1滴溶液中油酸体积为
V油酸＝V溶液＝ cm3＝8×10－6 cm3.
据此算得3次测得L的结果分别为
L1≈1.5×10－8 cm，
L2≈1.62×10－8 cm，
L3≈1.42×10－8 cm.
其平均值为＝≈1.51×10－10 m
这与公认值的数量级相吻合，故本次估测数值符合数量级的要求．
答案：4×10－3　8×10－6　填表数据见解析　符合要求
例4　解析：(1)由图1可知该游标卡尺的游标尺为10分度，则最小刻度为0.1 mm，故可知该金属管的内径为21 mm＋7×0.1 mm＝21.7 mm.
(2)由图像可知
图线与纵轴的交点表示电源的电动势，图线的斜率表示电源的内阻，故可得E＝1.48 V，r＝ Ω＝0.73 Ω
(3)根据体积公式V＝dS
油酸分子的直径为d＝，可知，凡是半格左右的油膜都算成了一格，则面积增大，因此计算得到的油酸分子的直径将偏小．
答案：(1)21.7　(2)1.48　0.73　(3)偏小　见解析(共26张PPT)
实验十八　用油膜法估测油酸分子的大小

素养目标
1. 知道油膜法估测油酸分子的大小的原理．
2．掌握用油膜法估测油酸分子的大小的方法．
必备知识·自主落实
关键能力·分层突破
必备知识·自主落实
一、操作过程
1．配置溶液：取1 mL油酸溶于________中，制成200 mL油酸酒精溶液．
提醒：用酒精对油酸进行稀释，有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利于油酸在水面上形成单分子油膜．同时酒精易挥发，不影响测量结果．
2．倒水撒粉：往边长约为30～40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将爽身粉(或细石膏粉)________地撒在水面上．
提醒：撒爽身粉后，便于观察所形成的油膜的轮廓．
酒精
均匀
3.计算体积：用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的__________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．
油酸酒精
4．形成油膜：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________油膜．
警示：油膜的面积是先扩张后缩小，最后达到稳定状态．
5．描画形状：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________的形状画在玻璃板上．
单分子
油酸薄膜
6．计算面积：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.计算直径：根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．
警示：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．
二、数据处理
1．一滴油酸溶液的平均体积＝.
2．一滴油酸溶液中含纯油酸的体积V＝×油酸溶液的体积比．
(体积比＝)
3．油膜的面积S＝n×1 cm2(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)．
4．分子直径d＝(代入数据时注意统一单位和有效数字的保留)．
三、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．
四、注意事项
1．在有机玻璃板上描绘轮廓时动作轻而迅速，眼睛视线要始终与玻璃垂直．
2．本实验只要求估算油酸分子的大小，实验结果数量级符合要求即可．
关键能力·分层突破
考点一　教材原型实验
例 1 在做“用油膜法估测分子大小”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上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为2 cm.
(1)请选出需要的实验操作，并将它们按操作先后顺序排列：D、___________(用字母符号表示)．
B、F、E、C
解析：(1)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验步骤为配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅盘→形成油膜→描绘油膜轮廓→计算油膜面积→计算分子直径，故顺序为D、B、F、E、C.
(2)某次实验时，滴下油酸溶液后，痱子粉迅速散开形成如图所示的“锯齿”边沿图案，出现该图样的可能原因是______.
A．盆中装的水量太多
B．痱子粉撒得太多，且厚度不均匀
C．盆太小，导致油酸无法形成单分子层
(3)按题目中所给实验数据估测出油酸分子的直径为________m(保留一位有效数字)．
B
3×10－10
解析：(2)当痱子粉太厚时，会导致油酸无法散开，形成锯齿状油膜，故B正确，A、C错误．
(3)一滴酒精油酸溶液含纯油酸的体积V＝ m3＝8×10－12 m3，由图示坐标纸可知，不足半格舍去，超过半格的算一格；则油膜所占方格数是73，则油膜的面积S＝73×2×2 cm2＝292 cm2，油酸分子的直径d＝＝ m≈3×10－10 m.
例 2 [2024·河南许昌模拟预测]在“用油膜法估测分子的大小”实验中：
(1)该实验中建立理想化模型，下列说法正确的是________．
A．将油膜看成单分子层油膜
B．油酸分子间的间隙不可忽略
C．不考虑各油酸分子间的相互作用力
D．将油酸分子看成立方体模型
A
解析：用油膜法估测分子的大小的实验中，所做的理想化假设包括：不考虑分子间的间隙，将油膜看成单分子层油膜，以及将油酸分子看成球形等，分子间的作用力使油酸在水面上形成油膜，所以分子间的相互作用力需要考虑，故B、C、D错误，A正确．
(2)某同学在本实验中，计算结果明显偏小，可能是由于________．
A．油酸未完全散开
B．油酸酒精溶液的体积算作一滴纯油酸的体积
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴
(3)该同学将一滴油酸酒精溶液滴入事先洒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出油膜的轮廓，该油膜的面积是8.0×10－3 m2：已知油酸酒精溶液中油酸浓度为0.2%，400滴油酸酒精溶液滴入量筒后的体积是1.2 mL，则油酸分子直径为__________m(结果保留两位有效数字)．
D
7.5×10－10
解析：(2)计算油酸分子直径的公式是d＝，V是纯油酸的体积，S是油酸的面积．
油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A错误；
油酸酒精溶液的体积算作一滴纯油酸的体积，则V偏大直径将偏大，故B错误；
计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，则S偏小直径将偏大，故C错误；
在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时，滴数多数了10滴，由V＝可知，油酸的体积将偏小，则计算得到的直径将偏小，故D正确．故选D.
(3)纯油酸的体积为V0＝1.2×10－6×0.2%＝2.4×10－9 m3
一滴纯油酸的体积为V＝＝ m3＝6×10－12 m3
则油酸分子的直径为d＝＝ m＝7.5×10－10 m.
考点二　探索创新实验
例 3 在“用油膜法估测分子的大小”实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V油膜，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1∶500，1 mL溶液滴250滴，那么1滴溶液的体积是________ mL，所以一滴溶液中油酸体积为V油酸＝________cm3.若实验中测得结果如表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L0＝1.12×10－10 m作比较，并判断此实验是否符合数量级的要求．
次数 S/cm2 L＝/cm L平均值
1 533
2 493
3 563
解析：由题给条件得，1滴溶液的体积为V溶液＝ mL＝4×10－3 mL，因为＝，
故1滴溶液中油酸体积为
V油酸＝V溶液＝ cm3＝8×10－6 cm3.
据此算得3次测得L的结果分别为
L1≈1.5×10－8 cm，
L2≈1.62×10－8 cm，
L3≈1.42×10－8 cm.
其平均值为＝≈1.51×10－10 m
这与公认值的数量级相吻合，故本次估测数值符合数量级的要求．
答案：4×10－3　8×10－6　填表数据见解析　符合要求
例 4 [2024·北京西城统考一模]物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等．
(1)用游标卡尺测量某金属管的外径，示数如图1所示，则该金属管的外径为________mm.
21.7
解析：(1)由图1可知该游标卡尺的游标尺为10分度，则最小刻度为0.1 mm，故可知该金属管的内径为21 mm＋7×0.1 mm＝21.7 mm.
(2)某同学用图2所示的电路测量电池的电动势和内电阻，调节滑动变阻器的滑片，得到多组电压表和电流表的示数，并在坐标纸上标出，如图3所示．请作出该电池的U-I图线，并根据图线得出该电池的电动势E＝________V(结果保留3位有效数字)，内电阻r＝________Ω(结果保留2位有效数字)．
1.48
0.73
解析： (2)由图像可知
图线与纵轴的交点表示电源的电动势，图线的斜率表示电源的内阻，故可得E＝1.48 V，r＝ Ω＝0.73 Ω
(3)某同学做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，获得图4所示的油膜轮廓．在计算油膜面积时，他把凡是半格左右的油膜都算成了一格，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径偏大还是偏小？
请分析说明理由______________________________________.
答案：根据体积公式V＝dS，油酸分子的直径为d＝，可知，凡是半格左右的油膜都算成了一格，则面积增大，因此计算得到的油酸分子的直径将偏小．

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