高中物理教科版 (2019)选择性必修第三册2. 实验：用油膜法估测油酸分子的大小优质导学案

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▉题型1 用油膜法估测油酸分子的大小
【知识点的认识】
用油膜法估测分子的大小
1．实验原理
利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d=VS计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸溶液中所含油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．
2．实验器材
盛水浅盘、滴管（或注射器）、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉（或细石膏粉）、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．
3．实验步骤
（1）取1 mL（1 cm3）的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液．
（2）往边长约为30～40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉（或细石膏粉）均匀地撒在水面上．
（3）用滴管（或注射器）向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，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=1nmL．
（4）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，形成单分子油膜．
（5）待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．
（6）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．
（7）据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d=VS，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．
4．注意事项
（1）油酸酒精溶液的浓度应小于11000．
（2）痱子粉的用量不要太大，并从盘中央加入，使粉自动扩散至均匀．
（3）测1滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小．
（4）浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．
（5）要待油膜形状稳定后，再画轮廓．
（6）利用坐标纸求油膜面积时，以边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，大于半个的算一个．
5．误差分析
（1）纯油酸体积的计算引起误差．
（2）油膜面积的测量引起误差主要是有两个方面：
①油膜形状的画线误差；
②数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差．
1．以下实验中，说法正确的是（ ）
A．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，可以用恒定电流做实验
B．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，为减小误差应取纯油酸滴入水面
C．“用多用电表测量电学中的物理量”实验结束时，应把选择开关置电阻挡倍率最大处
D．“探究影响感应电流方向的因素”实验中，应先确定电流方向与指针偏转方向的对应关系
（多选）2．下列说法中正确的是（ ）
A．已知阿伏加德罗常数、铜的摩尔体积和密度，可估算出铜原子的直径
B．干湿泡湿度计的两个温度计的示数之差越大，说明空气的相对湿度越大
C．液晶显示器是利用液晶对光具有各向异性的特点
D．一定质量的理想气体保持体积不变，温度升高，单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多
E．在“油膜法估测分子的大小”的实验中，用一滴油酸酒精溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子的直径
（多选）3．下列说法中正确的是（ ）
A．一定质量的理想气体体积增大时，其内能一定减少
B．气体的温度降低，某个气体分子热运动的动能可能增加
C．当水面上方的水蒸气达到饱和状态时，水中不会有水分子飞出水面
D．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
E．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径计算结果偏大
4．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，将3mL的纯油酸配置成总量为104mL油酸酒精溶液，用注射器测得75滴这样的溶液刚好为1mL．将一滴这样的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，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示．图中坐标纸上正方形小方格的边长为1cm．
（1）一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 m3；
（2）则油酸分子的直径为 m．（结果保留一位有效数字）
5．在做“用油膜法估测分子的大小”实验中：
（1）在该实验中，体现的物理思想方法是 （填字母）；
A.放大法
B.理想模型法
C.控制变量法
D.等效替代法
（2）实验中所用的油酸酒精溶液为1000mL溶液中有纯油酸2mL，用量筒测得1mL上述溶液为100滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，正方形方格的边长为2cm，油膜所占方格数约为80个，可以估算出油膜的面积是 m2（结果保留2位有效数字），由此估算出油酸分子的直径是 m（结果保留3位有效数字）。
（3）某同学做在计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，这一操作会导致实验测得的油酸分子直径 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
6．在“油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，实验步骤如下：
a.将1mL油酸配制成1000mL油酸酒精溶液；
b.用小注射器取一段油酸酒精溶液，并将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，直到1mL时一共滴入50滴；
c.向浅盘中倒入约2cm深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上；
d.用注射器在水面上滴一滴配制好的油酸酒精溶液；
e。待油酸薄膜的形状稳定后，将带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，并用彩笔在玻璃板上描出油酸薄膜的形状，如图所示。
（1）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL；
（2）已知每一小方格的边长为1cm，则油膜面积为 cm2；
（3）根据上述数据得出油酸分子的直径是 m（保留一位有效数字）；
（4）关于本实验下列说法正确的有 。
A．油酸酒精溶液长时间放置，会使分子直径的计算结果将偏大
B．若油酸没有充分散开，会使分子直径的计算结果将偏小
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，会使分子直径的计算结果将偏小
D．在向量筒中滴入1mL油酸酒精溶液时，滴数少记了几滴，会使分子直径的计算结果将偏大
7．（1）某实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。实验中，所用油酸酒精溶液每V1体积溶液中有纯油酸体积V2，用注射器和量筒测得V0体积的上述溶液有n滴，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图1所示，图中每个小正方形格的边长为a，可求得油酸分子的直径为 （用V1、V2、V0、n、a表示）。
某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为 。
A．油膜中含有大量未挥发的酒精
B．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
D．用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
（2）小明同学用如图2甲所示的装置探究平抛运动的特点，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被释放，观察到的现象是：小球A、B总是同时落地。接着，小明利用如图2乙的实验装置，在竖直面板上记录了小球抛物线轨迹的一部分，如图2丙所示，x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向，g取10m/s2。由图中所给的数据可求出：小球平抛的初速度大小是 m/s；小球抛出点的坐标为（ cm， cm）（结果均保留2位有效数字）。
8．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每5000mL溶液中有3mL油酸。用注射器测得1mL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，用彩笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图所示，坐标系中正方形方格的边长为1cm，试求：
（1）油酸膜的面积是 cm2；
（2）按以上实验数据估测出油酸分子的直径是 m。（结果保留1位有效数字）
（3）某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较结果明显偏小，可能是由于 。
A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算
B.计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理
C.求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴
D.水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开
9．在“油膜法估测分子直径”的实验中，我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
（1）本实验利用了油酸分子易在水面上形成 （选填“单层”或“多层”）分子油膜的特性。若将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，这滴溶液中含有纯油酸体积为V，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测油酸分子的直径为 。
（2）某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液，测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后，接着又进行了下列操作：
A．将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜
B．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积
C．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上
D．向浅盘中倒入约2cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
以上操作的合理顺序是 （选填字母代号）。
（3）将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液；测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜面积是0.16m2。由此估算出油酸分子的直径为 （结果保留一位有效数字）。
10．在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每2000mL溶液中有纯油酸1mL用注射器测得1mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL，油酸膜的面积是 cm2，据上述数据，估测出油酸分子的直径是 m。
11．（1）如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 （用符号表示）。
（2）（多选）该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是 。
A.将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B.油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C.计算油膜面积时，只数了完整的方格数
（3）用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的 。
A.摩尔质量B.摩尔体积C.质量D.体积
12．（1）某同学在用油膜法估测分子直径实验中，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．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时，1mL的溶液的滴数误多记了10滴
（2）某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径大小”的实验中，实验的方法及步骤如下：
①向体积V油＝1mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500mL。
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝100滴时，测得其体积恰好是V0＝1mL。
③往边长为30cm～40cm的浅盘里倒入2cm深的水，将痱子粉均匀撒在水面上。
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，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坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长l＝20mm。
根据以上信息，回答下列问题：
Ⅰ.该同学遗漏的重要步骤是 。
Ⅱ.1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'是 mL。
Ⅲ.油酸分子的直径是 m。（结果保留1位有效数字）
Ⅳ.若痱子粉撒得过厚，则会使分子直径的测量结果偏 （选填“大”或“小”）。
13．在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中：
（1）已知油酸酒精溶液中油酸体积所占比例为k，N滴油酸溶液体积为V，一滴油酸溶液形成油膜的面积为S，则油酸分子的直径为 。
（2）某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算出的分子直径明显偏大，可能是由于 。
A．油酸分子未完全散开
B．油酸中含有大量酒精
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足半格的方格
D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1mL的溶液滴数少计了10滴
14．用“油膜法估测分子的大小”的实验步骤如下：
A．用滴管将浓度为0.1%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1mL的油酸酒精溶液的滴数N，求出 ；
B．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.1%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央滴入一滴油酸酒精溶液，使之充分扩散，形成 ；
C．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上；
D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数约为M个，计算出油酸薄膜的面积。
利用以上测量数据，写出单个油酸分子直径d的表达式为d＝ m。
15．在“用油膜法估测分子的大小”实验中：
①（多选）下列说法正确的是 ．
A．将油膜看成单分子层油膜是一种理想化假设
B．实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是对油酸溶液起到稀释作用
C．用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，若100滴溶液的体积是1mL，则1滴溶液中含有油酸10﹣2mL
D．在计算油酸膜面积时，只需要数出完整方格的数目，对不完整的方格均不计数
②某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22m2的蒸发皿、滴管、量筒（50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升）、纯油酸和无水酒精若干．已知分子直径数量级为10﹣10m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为 ‰（保留两位有效数字）．
16．（1）用油膜法估测分子的大小时有如下步骤：
A．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形态用彩笔画在玻璃板上；
B．将油酸和酒精按一定比例配制好；把酒精油酸溶液一滴一滴滴入量筒中，当体积达1mL时记下滴入的滴数，算出每滴的体积；把一滴酒精油酸溶液滴在水面上，直至薄膜形态稳定；
C．向浅盘中倒入约2cm深的水，向浅盘中的水面均匀地撒入石膏粉（或痱子粉）；
D．把玻璃板放在方格纸上，数出薄膜所占面积；
E．计算出油膜的厚度d=VS
把以上各步骤按合理顺序排列如下： 。
（2）若油酸酒精溶液的浓度为每104ml溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液有液滴75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，最后油酸膜的形状和尺寸如图所示，坐标系中正方形小方格的边长为1cm，则
①油酸膜的面积是 m2；
②按以上数据，估测出油酸分子的直径是 m；（结果保留2位有效数字。）
（3）某同学在实验中，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．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时，1mL的溶液的滴数误多计了10滴
17．在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，将0.1mL的油酸溶于酒精，制成250mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1.0mL上述溶液有100滴，现取一滴该溶液滴入水面上，将油膜形状画在每小格边长为1.0cm的方格纸，数出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。则：
（1）这种估测方法是将每个分子近似看成 ，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的 。
（2）利用上述有关数据可求得的油膜分子直径约为 m（结果保留两位有效数字）。
（3）在配制油酸酒精溶液时，若不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小一些，会导致算出的油酸分子直径比实际值 （填“偏大”或“偏小”）。
18．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，
（1）实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是 。
A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
B．对油酸溶液起到稀释作用
C．有助于测量一滴油酸的体积
D．有助于油酸的颜色更透明便于识别
（2）某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.20m2的蒸发皿、滴管、量筒（50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升）、纯油酸和无水酒精若干。已知分子直径数量级为10﹣10m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度（油酸与油酸酒精溶液的体积比）至多为 ‰（保留两位有效数字）。
19．（1）如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 （用符号表示）。
（2）（多选）该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是 。
A．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
B．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
C．计算油膜面积时，只数了完整的方格数
D．求每滴溶液中纯油酸的体积时，1mL溶液的滴数多记了10滴
（3）用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的 。
A．摩尔质量 B．摩尔体积 C．质量 D．体积
20．某同学在实验室做“用油膜法估测分子直径的大小”实验中，已知油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL．用注射器抽得上述溶液2mL，现缓慢地滴出1mL溶液，共有液滴数为50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘上，在刻有小正方形坐标的玻璃板上描出油膜的轮廓（如图所示），坐标系中小正方形方格的边长为20mm。试问：
（1）这种估测方法是将每个分子视为 模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为 油膜，这层油膜的厚度可视为油分子的 。
（2）上图中油酸膜面积为 mm2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是 mL；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是 m．（最后一空保留1位有效数字）
21．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的油酸酒精溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V，在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，测得油膜占有的正方形小格个数为X。
（1）用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为 。
（2）油酸分子直径约为 。
（3）某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，发现计算的直径偏小，可能的原因是
A．痱子粉撒的过多
B．油酸未完全散开
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．计算每滴体积时，1mL的溶液的滴数多记了几滴
E．在滴入量筒之前，配制的溶液在空气中搁置了较长时间
22．某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M＝0.283kg•ml﹣1，密度ρ＝0.895×103kg•m﹣3．若100滴油酸的体积为1ml，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？（取NA＝6.02×1023ml﹣1．结果保留一位有效数字）
题型1 用油膜法估测油酸分子的大小