《高考物理一轮复习第十三章热学第3讲实验：用油膜法测分子的大小学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习第十三章热学第3讲实验：用油膜法测分子的大小学案（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高考物理一轮复习第十三章热学第3讲实验：用油膜法测分子的大小学案微知识1 实验目的1估测油酸分子的大小。2学习间接测量微观量的原理和方法。微知识2 实验原理利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图所示)，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计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积。这个厚度就近似等于油酸分子的直径。微知识3 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、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。微知识4 实验步骤1用滴管(或注射器)将油酸酒精溶液滴入量筒，数出每毫升油酸酒精溶液的滴数，算出每滴液滴体积的
2、平均值。2把洗干净的浅盘水平放置，倒入约2 cm深的水。用纱网(或粉扑)将适量的痱子粉(或石膏粉)轻轻撒在水面上。3用滴管(滴管距离水面约1 cm)将一滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。4将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形小方格的个数(不足半格的舍去，多于半格的算一个格)，估测出油膜的面积，估算油酸分子的直径。5清洗浅盘，擦去玻璃板上的油膜轮廓线，重复做2次至3次实验。微知识5 数据处理根据上面记录的数据，完成以下两个表格内容。微知识6 注意事项1实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净。实验时，吸
3、取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大实验误差。2痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功。3油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜，不宜长时间放置。4浅盘中的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油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩的原因有两个：一是水面受液滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后，油膜回缩。6滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1 cm之内，否则油膜难于形成。7因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界。注意要从盘的中央加痱子粉。由于加粉后水的表面张力系数变小，水
4、将粉粒拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，粉会自动扩散至均匀。这样做，比将粉撒在水面上的实验效果要好；撒痱子粉后，不要再触动盘中的水。8当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸。为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。9本实验只要求估算分子的大小，实验结果数量级符合要求即可。微知识7 误差分析1油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改变，会给实验带来较大误差。2利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算
5、出的面积越精确。3测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时，注意正确的观察方法。4油膜形状的画线误差。一、思维辨析(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1油膜法测分子直径实验的原理关系式为d，其中V指一滴油酸溶液的体积，S指油膜的面积。()2用数格子的方法计算油膜面积时，多于半格的算一个，少于半格舍去。()二、对点微练1(实验原理和操作)“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：A将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积SB将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的
6、形状描画在玻璃板上C用浅盘装入约2 cm深的水D用公式d求出薄膜厚度，即油酸分子的大小E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(1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出：_。_。(2)上述实验步骤的合理顺序是_。解析(1)C步骤中，要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉。实验中，要有步骤F：用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数。(2)合理顺序为CFBAED。答案(1)见解析(2)CFBAED2(数据处理)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104 mL溶液中有6 mL油酸。用注射器测得1 mL上
7、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，坐标中正方形方格的边长为1 cm，求：(1)油酸膜的面积是多少？(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。解析(1)根据题图，数得格子数为129个，那么油膜面积是S1291 cm2129 cm2。(2)根据已知条件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积是 mL。又已知每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是V mL8106 mL。(3)油酸分子的直径为d
8、cm6.21010 m。答案(1)129 cm2(2)8106 mL(3)6.21010 m见学生用书P199微考点实验操作和数据处理核|心|微|讲本实验中处理数据要注意两点：一是根据体积比计算出一定体积的油酸酒精溶液中纯油酸的体积；二是计算油膜面积时，必须遵循“数格子法”的原则，即不足半个的舍去，多于半个的算一个。典|例|微|探【例】油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小
9、方格的边长为25 mm，则：(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为_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酸分子的_。图中油酸膜的面积为_ m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积为_ m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径为_m。(结果均保留两位有效数字)(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因：_。【解题导思】(1)油膜法测分子大小的原理是形成单分子油膜，把每个分子看成球形，则分子直径如何表示？答：d，其中V指一滴油酸酒
10、精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积。(2)油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓，为什么？答：有两个原因：一是水面受液滴冲击引起；二是酒精挥发。 解析(1)油膜面积占68小格，面积约为S682525106 m24.3102 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V106 m31.21011 m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度d m2.81010 m。(2)实验过程中除了按步骤进行操作，还要仔细观察实验现象，并学会分析所观察到的现象。答案(1)球体单分子直径431021.210112.81010(2)主要有两个原因：水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩
11、张；油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩题|组|微|练1在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm2，则：(1)估算出油酸分子的直径大小是_cm。(2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏伽德罗常数，还需要知道油滴的_。(填选项字母)A摩尔质量 B摩尔体积C质量 D体积解析(1)油酸酒精溶液的浓度为，一滴油酸酒精溶液的体积为 mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸 mL，则油酸分子的直径大小为d cm。(2)设一个油酸分子体积为V
12、，则V3，由 NA可知，要测定阿伏伽德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积，故B项正确。答案(1)(2)B2在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，具体操作如下：取油酸0.1 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液。用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴。在边长约40 cm的浅盘内注入约2 cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以
13、清楚地看出油膜轮廓。待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状。将画有油膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。(1)这层油膜的厚度可视为油酸分子的_。(2)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为_ m3，求得的油膜分子直径为_ m。(结果保留两位有效数字)解析(1)油膜的厚度可视为油酸分子的直径。(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V mL4.0106 mL4.01012 m3形成油膜的面积S1.0(6714) cm28.1103 m2油酸分子的直径d4.9101
14、0 m。答案(1)直径(2)4.010124.91010见学生用书P2001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油酸，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为15 000,1 mL溶液滴25滴，那么1滴溶液的体积是_mL，所以1滴溶液中油酸的体积为V油酸_cm3。若实验中测得结果如下表所示，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直径d01.121010 m作比较，判断此实验是否符合数量级的要求：_。(填“是”或“否”)解析由题给条件得，1滴溶液的体积V溶液 mL4102 mL，因为，故1滴溶液中油酸的体积为V油酸V溶液 cm38106 cm3。据此算得3次测得d的结果分别为150108 cm,1.62108 cm,1.42108 cm，d的平均值1.511010 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41028106
