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1.2 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 预习案 高二物理教科版（2019）选择性必修第三册
1.了解油酸分子的结构特点，学会用油膜法估测油酸分子的大小。
2.初步学会用统计的方法求物理量。
重点
分子组成、热运动、分子间的作用力、分子动理论。
难点
对扩散现象、布朗运动以及分子力的理解与解释。
1．实验目的： 用油膜法估测分子的大小。
2．实验原理
把一定体积的油酸酒精溶液滴在水面上使其形成单分子油膜，如图所示。不考虑分子间的间隙，把油酸分子看成①_________，计算出1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V并测出油膜面积S，求出油膜的厚度d，即②_________就是油酸分子的直径。
3．实验器材
油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、浅盘、玻璃板、坐标纸、彩笔、痱子粉或细石膏粉。
4．实验步骤
（1）在浅盘中倒入约2 cm深的水，将③_________或④_________均匀撒在水面上。
（2）取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液。
（3）用注射器往量筒中滴入1 mL配制好的油酸酒精溶液(浓度已知)，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V′。
（4）将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。
（5）待油酸薄膜形状⑤_________后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔画出油酸薄膜的形状。如图所示。
（6）将玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S：坐标纸上有边长为1 cm的方格，通过数玻璃板上薄膜包围的⑥_________，算出油酸薄膜的面积S。计算方格数时，不足半个的舍去，多于半个的算一个。
（7）根据已配制好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。
（8）计算油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子直径的大小。
5．误差分析
（1）油酸酒精溶液配制后长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。
（2）利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的观察方法而产生误差。
（3）油滴的体积过大，同时水面面积过小，不能形成单分子油膜。
（4）描绘油膜形状的画线误差。
（5）利用小正方形数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。
（6）不考虑油酸分子的空隙，计算分子直径时的误差。
小结：△油膜法估测分子大小的解题思路
（1）首先要按比例关系计算出纯油酸的体积V。
（2）其次采用“互补法”计算出油膜的面积S。
（3）最后利用公式d＝求出分子的直径。
（4）注意单位要统一。
答案：
①球形模型 ②d＝ ③痱子粉 ④细石膏粉 ⑤稳定 ⑥方格个数
1、用油膜法估测分子直径的实验中,下列说法正确的是( )
A.在滴入油酸酒精溶液前，应先把痱子粉撒在水面上,而且应尽量多撒一点
B.可以用带刻度的注射器直接测量一滴油酸酒精溶液的体积
C.若测得一滴油酸酒精溶液的体积为V，油膜的面积为S，则油酸分子的直径为d=
D.根据测得的油酸分子的直径结合阿伏加德罗常数和油酸的密度可估算油酸的摩尔质量
2、为了减小“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是( )
A．用注射器取1 mL配制好的油酸酒精溶液，共N滴，则每滴中含有油酸 mL
B．把浅盘水平放置，在浅盘里倒入一些水，使水面离盘口距离小一些
C．先在浅盘中撒些爽身粉，再用注射器把油酸酒精溶液多滴几滴在水面上
D．实验时先将一滴油酸酒精溶液滴入水中，再把爽身粉撒在水面上
3、在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中所用的油酸酒精溶液为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液为80滴,把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内,让油酸在水面上尽可能散开,测得油膜的轮廓形状如图所示。图中每个小正方形的边长均为1 cm,下列说法不正确的是 (　　)
A.实验时将油酸分子看成球体
B.实验时不考虑各油酸分子间的间隙
C.使用油酸酒精溶液的目的是让油酸在水面上形成单层分子油膜
D.该实验测出油酸分子的直径约是6.5×10-8 m
4、关于“用油膜法估测油酸分子大小”的实验,下列实验操作正确的是 (　　)
A.将纯油酸直接滴在水面上
B.水面上撒的痱子粉越多越好
C.待水稳定后再将痱子粉均匀撒在水面上
D.用试管向水面倒少许油酸酒精溶液
5、在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,没有用到的研究方法是 (　　)
A.累积法 B.模型法
C.估算法 D.控制变量法
6、某种油剂的密度为8×102 kg/m3，取这种油剂0.8 g滴在水面上，最后形成油膜的最大面积约为(　　)
A．10－10 m2 B．104 m2
C．1010 cm2 D．104 cm2
7、在“用单分子油膜法估测分子的大小”实验中,通过测量出的数据计算分子直径时,发现计算结果比实际值偏小,其原因可能是 (　　)
A.油酸未充分散开
B.已知的油酸酒精溶液浓度高于真实值
C.计算油膜面积时,少数了一个格子
D.计算每滴溶液体积时,将1 mL的溶液的滴数多记了10滴
8、(多选)某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于(　　)
A．油酸未完全散开
B．油酸中含有大量的酒精
C．计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算
D．求每滴溶液的体积时，1mL的溶液的滴数少记了10滴
9、(多选)“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的科学依据是( )
A．将油酸形成的膜看成单分子油膜
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．考虑了各油酸分子间的间隙
D．将油酸分子看成球形
10、(多选)在用油膜法估测油酸分子的大小的实验中，所用油酸酒精溶液的质量百分浓度为η，质量为m的油酸酒精溶液有n滴，且纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA.现取一滴溶液滴入撒有爽身粉的浅水盘里，待稳定后，将玻璃板放在浅盘上描绘出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在边长为1 cm的坐标纸上，算出油膜的面积S.关于本实验，下列说法正确的是 ( )
A．一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为
B．油酸分子直径为
C．一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子个数为NA
D．计算油膜的面积可以通过在坐标纸上数油膜轮廓内格子数得到
答案以及解析
1、D
解析：水面上痱子粉撒得过多,油膜不能充分展开,影响油膜面积的测量,故A错误;用带刻度的注射器直接测量一滴油酸酒精溶液的体积会有很大的误差,应该通过累积法测量一滴溶液的体积,故B错误;若测得一滴溶液中含有纯油酸的体积为V,油膜的面积为S,则油酸分子的直径为d=,故C错误;测得了油酸分子的直径,可得油酸分子的体积,然后乘以阿伏加德罗常数可得油酸的摩尔体积,再结合油酸的密度可知油酸的摩尔质量,故D正确。
2、B
解析： mL是一滴油酸酒精溶液的体积，乘以其中油酸的浓度才是油酸的体积，A错误；多滴几滴能够使测量形成的油膜体积更精确些，但多滴以后会使油膜面积增大，可能使油膜这个不规则形状的一部分与浅盘的壁相接触，这样油膜就不是单分子油膜了，C错；为了使油酸分子紧密排列，实验时先将爽身粉均匀撒在水面上，再将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，D错
3、D
解析：在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中:①让油酸尽可能散开,形成单分子油膜;②把油酸分子看成球形;③不考虑分子之间空隙,故A、B的说法正确,不符合题意;酒精易溶于水并很快挥发,使用油酸酒精溶液的目的是让油酸在水面上形成单层分子油膜,故C的说法正确,不符合题意;一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积为V=× mL=7.5×10-6 mL=7.5×10-12 m3,油酸分子的直径为d== m=6.6×10-10 m,故D错误,符合题意。
4、C
解析：为了使油酸充分散开,获得单分子油膜,应将油酸在酒精中稀释后再滴在水面上,故A错误; 水面上撒的痱子粉要均匀且适量,并不是越多越好,故B错误;待水稳定后再将痱子粉均匀撒在水面上,故C正确;实验时应用注射器向水面滴一滴油酸酒精溶液,故D错误。
5、D
解析：测量一滴油酸酒精溶液的体积时用的是累积法;将油酸分子当作球体利用了模型法;在坐标纸上计算油膜轮廓内面积利用了估算法;本实验没有使用控制变量法,故D选项符合题意。
6、B
解析：该种油剂0.8 g的体积V＝ m3＝1×10－6 m3，此油剂分子的直径最小为10－10 m，则Smax＝ m2＝104 m2.
7、D
解析：油酸未充分散开,则测得的油膜面积偏小,根据d=可知,油酸分子直径的测量值偏大,选项A错误;已知的油酸酒精溶液浓度高于真实值,则计算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积大于真实值,导致油酸分子直径的测量值偏大,选项B错误;计算油膜面积时,少数了一个格子,则面积测量值偏小,导致油酸分子直径的测量值偏大,选项C错误;计算每滴溶液体积时,将1 mL的溶液的滴数多记了10滴,则计算出的每滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V偏小,根据d=可知油酸分子直径的测量值偏小,选项D正确。
8、AD
解析：油酸分子直径d＝，计算结果明显偏大，可能是V取大了或S取小了．油酸未完全散开，所测S偏小，d偏大，A正确；油酸中含有大量的酒精，不影响结果，B错误；若计算油膜面积时不足1格的全部按1格计算，使S变大，d变小，C错误；若求每滴溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数少记了10滴，使V变大，d变大，D正确．
9、ABD
解析：实验中油酸的直径是用油酸的体积除以油膜的面积来计算，所以实验的科学依据是将油膜看成单分子油膜层，不考虑油酸分子间的间隙，并把油酸分子看成球形，油酸分子直径的数量级为10－10 m，故A、B、D正确，C错误．
10、BCD
解析：一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为，选项A错误；将油酸分子看作球体且一个一个地单层排列，忽略空隙，油酸分子直径为，选项B正确；一滴油酸酒精溶液中纯油酸的摩尔数为，一滴油酸酒精溶液中所含油酸分子个数为NA，选项C正确；在坐标纸上数油膜轮廓内格子数时，大于或等于半格时算一格，小于半格的不计，用总格子数乘以1 cm2作为油膜的面积，选项D正确．

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