资源简介

(共45张PPT)
2　实验:用油膜法估测油酸分子的大小
实验探究·方案梳理
实验目的
1.通过实验,估测油酸分子的大小。
2.了解用测量宏观量的方法测微观量,提高科学探究能力。
3.通过体验实验过程,提高科学探究能力,建立更清晰的物理观念。
4.能够独立分析数据、形成结论、撰写实验报告,并能与同学交流实验过程、分享实验结果。
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,把油酸分子看成球形,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d= 就是油酸分子的直径。
水面上单分子油膜的示意图
水面上形成油膜
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、爽身粉。
实验步骤
1.配制油酸酒精溶液,取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油酸酒精溶液。
2.用滴管或注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数,算出一滴油酸酒精溶液的体积。
3.实验时先向边长为30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上,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开,形成一块薄膜。
4.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上。
5.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S。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个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个。
6.根据配制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。根据一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度d= ,即油酸分子的大小。
7.数据处理:根据实验记录的数据,完成以下表格。
实验次数 1 2 3
量筒内增加1 mL溶液时的滴数
一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V
轮廓内的小格子数
轮廓面积S
分子的直径/m
分子直径的平均值/m
误差分析
1.油酸酒精溶液配制后长时间放置,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.利用小正方形个数计算轮廓的面积时,轮廓的不规则性容易带来误差。
6.不考虑油酸分子的空隙,计算分子直径的误差。
注意事项
1.油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置,以免浓度发生改变,造成较大的实验误差。
2.实验前应注意检查浅盘是否干净,否则难以形成油膜。
3.浅盘中的水应保持平稳,爽身粉应均匀撒在水面上。
4.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。
5.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。
实验热点·探究突破
热点1 实验原理与操作
典型例题
【例1】 某实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)该实验采用理想化假设的有　　　。
A.把分子看作小球
B.分子一个挨一个紧密排列
C.油酸在水面上形成单分子纯油酸油膜
D.不考虑油酸分子间的分子力
(2)请将下列几个实验步骤按实验操作先后排序:　　　　(用字母符号表示)。
(3)若实验中撒入的爽身粉太厚,计算出的分子直径　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案:(1)ABC　(2)CBA　(3)偏大
解析:(1)把分子看作小球,采用了理想化模型的方法,选项A正确; 实验中认为分子一个挨一个紧密排列,采用了理想化模型的方法,选项B正确;油酸在水面上形成单分子纯油酸油膜,采用了理想化模型的方法,选项C正确;是否要考虑油酸分子间的分子力与本实验无关,选项D错误。
(2)实验步骤为:
C.向浅盘中倒入一定量的水,在水面均匀地撒入爽身粉;
B.把一滴油酸酒精溶液滴在水面上,直至薄膜形态稳定;
A.把带有小方格的塑料板放在浅盘上,然后将油酸膜的形态用彩笔画在塑料板上,数出薄膜所占格数,根据小方格个数估算出油膜面积。
故排序为CBA。
(3)实验过程中,若油膜没有完全散开,则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小,由d= 可知,实验测量的油酸分子的直径偏大。
规律方法 实验中渗透的“放大”思想 为了测量分子大小这一极其微小的量,在用油膜法估测油酸分子直径的实验中两次用了间接测量法来达到“放大”的效果:一是油酸溶于酒精,配制成油酸酒精溶液,对油酸进行稀释;二是数出1 mL油酸酒精溶液有多少滴,得出一滴油酸酒精溶液的体积。
热点2 数据处理与误差分析
典型例题
【例2】 某研究小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)甲同学描出的油膜轮廓如图所示。已知油膜的面积约为5.5×10-3 m2,每104 mL油酸酒精溶液中含有纯油酸为2 mL,测出50滴溶液的体积为1 mL,估算油酸分子的直径约为　　　　 m(计算结果保留一位有效数字)。
(2)实验中乙同学测得的油酸分子直径明显偏大,其原因可能有　　　　(填写选项前字母)。
A.水面上爽身粉撒得较多,油酸膜没有充分展开
B.油酸中含有大量酒精
C.油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度变大
D.求每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL油酸酒精溶液的滴数有误,少记了几滴
E.计算轮廓范围内正方形的个数时舍去了所有不足一格的方格
答案:(1)7×10-10 (2)ADE
水面上爽身粉撒得较多,油膜没有充分展开,导致测得的油膜面积S偏小,因此d偏大,选项A正确。油酸酒精溶液中含有大量酒精,不会影响油膜的体积和油膜面积的测量结果,因此不影响测量结果,计算结果不会偏大,选项B错误。油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使油酸酒精溶液的浓度变大,计算时仍用初始浓度值,则导致计算出的油酸体积V比实际值偏小,因此d偏小,选项C错误。求每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL溶液的滴数少记了几滴,则导致计算得到的一滴油酸酒精溶液中纯油酸体积V偏大,因此d偏大,选项D正确。计算油膜轮廓范围内正方形的个数时舍去了所有不足一格的方格,则油膜的面积S偏小,因此d偏大,选项E正确。
误区警示 1.油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差。 2.一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差。 3.油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差。 4.采用“互补法(即不足半个舍去,大于半个的算一个)”计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差。
热点3 实验探究拓展
典型例题
【例3】 测量分子大小的方法有很多,如油膜法、显微法。
(1)在用油膜法估测油酸分子大小的实验中,用移液管量取0.25 mL油酸,倒入标注250 mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250 mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取该溶液,向小量筒中滴入100滴,溶液的液面恰好达到量筒中1 mL的刻度。再用滴管取配好的油酸酒精溶液,向撒有爽身粉的盛水浅盘中滴下2滴,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图甲所示。坐标中每个小正方形方格的大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是　　　　 cm2,由此估算出油酸分子的直径是
　　　　 m。(结果保留一位有效数字)
(2)图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10-8 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为　　　　 m。(结果保留两位有效数字)
答案:(1)256　8×10-10
(2)9.4×10-10
成 果 验 收 站
1.关于“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验,下列操作正确的是(　　)
A.将纯油酸直接滴在水面上
B.水面上撒的爽身粉越多越好
C.用试管向水面倒油酸酒精溶液少许
D.待水面稳定后再将爽身粉均匀撒在水面上
答案:D
解析:油酸应先稀释成油酸酒精溶液,然后取一滴溶液滴在浅盘里,目的是形成单分子油膜,选项A、C错误;水面撒的爽身粉适量就好,爽身粉太多不利于形成单分子油膜,选项B错误;待水面稳定后再将爽身粉均匀撒在水面上,选项D正确。
2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,下列说法正确的是(　　)
A.可以把油酸分子简化成球形处理,并认为它们紧密排布
B.为清晰显示油膜轮廓,应先滴入油酸酒精溶液,再撒爽身粉
C.若描绘轮廓时油酸未完全散开,将导致测得的分子直径偏小
D.计算轮廓范围内正方形个数时,不足一个的需全部舍去
答案:A
3.(1)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中需要测量的物理量是　　　　。
A.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它的密度
B.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积和它散成油膜的最大面积
C.一滴油酸酒精溶液中纯油酸的质量和它的密度
D.一滴油酸酒精溶液中纯油酸形成油膜的厚度和它的密度
(2)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 cm3油酸酒精溶液中有0.5 cm3油酸,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。把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,因此油酸在水面展开,稳定后形成单分子油膜的形状如图所示。(结果保留两位有效数字)
①一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2.32×10-2 m2,
根据上述数据可估算出油酸分子的直径为　　　　 m。
答案:(1)B　(2)①1.0×10-11　②4.3×10-10
4.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,油酸酒精溶液的浓度为每1×104 mL溶液中有纯油酸6 mL。用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴50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,在玻璃板上描出油膜的轮廓,随后把玻璃板放在坐标纸上,其形状如图所示,坐标中正方形的小方格的边长为20 mm。
(1)油膜的面积是　　　　 cm2。
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　 　 mL。
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　 m。
答案:(1)260
(2)1.2×10-5
(3)4.6×10-10
5.在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,某小组发现测得的油酸分子的直径数据比其他组测得的数据大2~3个数量级,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.水面上爽身粉撒得过多,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31滴溶液错数成30滴
答案:C
6.某同学在实验室“用油膜法估测油酸分子的大小”。实验主要步骤如下:
①向体积为1 mL的油酸中加酒精,直至总量达到104 mL;
②用注射器吸取①中的油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入50滴时,测得其体积恰好是1 mL;
③先往浅盘里倒入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上;
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状;
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在边长为1 cm的正方形小格坐标纸上,如图所示。
(1)该实验中,使用到的研究方法是　 　　(填写选项前字母)。
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
(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为　　　 mL,油膜面积为　　　 cm2。
(3)油酸分子直径的大小d=　　　　 m。(结果保留一位有效数字)
(4)如果在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,计算结果明显偏大,可能的原因有　　　　(填写选项前字母)。
A.油酸未完全散开
B.计算油膜面积时,将所有不足一格的方格记作一格
C.在计算一滴油酸酒精溶液的体积时,少算了滴数
D.配好的油酸酒精溶液长时间放置后再使用,酒精挥发使该溶液浓度发生了变化
答案:(1)B　(2)2×10-6　62(60~63均可)　(3)3×10-10　(4)AC

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