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第一章 分子动理论的基本观点
第2节 科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小
分子十分微小。以水为例，一个直径为10-3 mm 左右的水珠，它的大小与细菌差不多，用肉眼无法观察，就是在这样小的水珠里，分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍！
如何估测一粒黄豆的直径？
通过测量较大量来研究较小量
1.掌握油膜法估测分子大小的实验原理以及数据处理的思路和方法。
2.通过实验估测分子的大小，体会建立模型和估测方法在研究物理问题中的应用。
3.了解一般分子大小的数量级。
科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验目的
1.估测油酸分子大小的数量级。
2.体验通过油膜法测量油酸分子大小的思想方法。
二、实验器材
油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、 、笔、 、玻璃片、浅水盘、坐标纸。
量筒
爽身粉
如果注射器带刻度，则不需要量筒
三、实验原理与设计
油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是 油酸分子油膜。若把油酸分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴油酸的体积V和油膜的面积S，就可估算出油酸分子的直径d＝ ，如左图所示。
S
俯视
俯视
侧视
水
油酸分子
d
侧视
单层
油酸的分子式为C17H33COOH，无色透明，油酸分子中的一部分是羧基
—COOH对水有较强的亲和力，而另一部分烃基C17H33—对水没有亲和力，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。
物理量的测量
(1)测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V；
(2)测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S。
水
单分子油膜
d
四、实验步骤
1.配制油酸酒精溶液，取1 mL的纯油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。
2.用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如1 mL)时的 ，由此求出一滴油酸酒精溶液的 。
滴数
3.向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层 。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了 油膜，如图所示。
爽身粉
单分子
4.将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。
5.将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的 。求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的 (不足半个的舍去，多于半个的算一个)。
6.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。根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径d。
面积S
个数
实验视频
水
油酸分子
d
n×1 cm2
3.油膜的面积S＝ 。(n为有效格数，小方格的边长为1 cm)
4.分子直径d＝ 。(代入数据时注意单位的统一)
5.将测量数据记入下表格中。
次数 面积S d d的平均值
1
2 3 六、注意事项
1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免酒精挥发造成浓度改变，造成较大的实验误差。
2.实验前应注意检查浅盘是否干净，爽身粉应均匀撒在水面上。
3.向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜难以形成。
4.待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再描轮廓。
5.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。
思考1：实验中为什么不直接用纯油酸而是用被稀释过的油酸酒精溶液？
答案　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。
思考2：在用油膜法测定分子的直径时，实际上做了理想化处理，那么，有哪些地方做了理想化处理？
答案　(1)把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层；
(2)把分子看成球形；
(3)油酸分子一个紧挨一个整齐排列。
1.关于实验“用油膜法估测油酸分子的大小”，下列说法正确的是（ ）
A．水面痱子粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小
B．配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精，会使实验结果偏小
C．在数一定量油酸溶液的滴数时，如果少数滴数，会使实验结果偏小
D．计算油膜面积时将所有不完整的方格当做完整方格计入，会使实验结果偏小
D
2. 在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，某小组发现测得的分子直径数据比其他组大很多，可能的原因是(　　 )
A.计算油膜面积时，只计算了完整方格的数目
B.水面上痱子粉撒得过多，导致油膜没能充分展开
C.将油酸酒精溶液的体积直接当作油酸的体积进行计算
D.测量每滴油酸酒精溶液体积时，将29滴溶液错数成30滴
ABC
3.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
①往浅盘里倒入一定深度的水，待水面稳定后将适量的爽身粉均匀地撒在水面上；
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小；
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积；
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
完成下列问题：
(1)上述步骤中，正确的顺序是______________(填写步骤前面的数字)。
(2)该实验中，使用到的研究方法是________。
A.等效替代法 B.理想模型法
C.微小量放大法 D.控制变量法
④①②⑤③
B
(3)已知实验室中使用的酒精油酸溶液每104 mL溶液中
含有2 mL油酸，又用滴管测得每50滴这种油酸酒精溶
液的总体积为1 mL，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水
面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放
在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。
①一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为________mL；
②油膜占有的面积约为______cm2；
③油酸分子直径的大小d＝__________ m(结果保留一位有效数字)。
4×10－6
60
7×10－10
(4)某学生在“用油膜法估测油酸分子的大小”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.计算油膜面积时，将所有不足1格的方格记作1格
C.计算油膜面积时，舍去了所有不足1格的方格
D.在计算一滴溶液的体积时，少算了滴数
ACD
科学测量：用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验思路
二、实验器材
三、实验步骤
四、数据分析
五、注意事项
实验原理：
多数分子大小的数量级为10－10 m
配制好的一定浓度的油酸酒精溶液、浅盘、水、爽身粉、注射器、烧杯、带有坐标方格的玻璃板、彩笔
1.测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
2.测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S

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