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1、课标版课标版 物理物理第4讲实验：用油膜法估测分子的大小实验实验目的目的1.估测油酸分子的大小。2.学会间接测量微观量的原理和方法。实验实验原理原理利用油酸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,测出一定体积油酸酒精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为一滴油酸酒精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。教材研读教材研读实验实验器材器材清水、盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。实验实验步步骤骤1.用稀酒精溶液及清水清洗浅盘,充分洗去油污、粉尘,以免给实验带
2、来误差。2.取1毫升(1cm3)的油酸溶于酒精中,制成200毫升的油酸酒精溶液。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1mL,算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=mL。4.往边长约为3040cm的浅盘中倒入约2cm深的水,然后将痱子粉(或石膏粉)均匀地撒在水面上。5.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。6.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。7.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。8.据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中
3、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=,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须重做实验。数据数据处处理理根据上面记录的数据,完成以下表格内容。实验次数量筒内增加1mL溶液时的滴数轮廓内的小格子数轮廓面积S12实验次数一滴溶液中纯油酸的体积V分子的大小(m)平均值12注意事注意事项项1.油酸酒精溶液配制后不宜长时间放置,以免浓度改变,产生误差。2.油酸酒精溶液的浓度应小于为宜。3.痱子粉的用量不要太大,否则不易成功。4.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,最好多滴几毫
4、升,数出对应的滴数,这样求平均值误差较小。5.浅盘里水离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出油酸薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。6.要待油酸薄膜形状稳定后,再画轮廓。7.本实验只要求估算分子的大小,实验结果的数量级符合即可。8.做完实验后,把水从盘的一侧边缘倒出,并用少量酒精清洗,然后用脱脂棉擦去,最后用水冲洗,以保持盘的清洁。误误差分析差分析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.纯油酸体积的计算误差。3.油酸薄膜面积的测量误差(1)油酸薄膜形状的画线误差;(2)数格子法本身是一种估算的方法,自然会带来误差。考点一考点一实验实验原理和基
5、本操作原理和基本操作典例典例1(1)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,已经准备的器材有:油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔,要完成本实验,还欠缺的器材有。(2)在用油膜法粗测分子直径的实验中,在哪些方面作了理想化的假设:;实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸,且只能滴一滴,这是因为;在将油酸酒精溶液滴向水面前,要先在水面上均匀撒些痱子粉,这样做是为了。考点突破考点突破(3)下图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是(用符号表示)。(4)在做“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体积浓度为A,又用滴管测得N滴这
6、种油酸酒精溶液的总体积为V,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a的正方形小格的纸上,如图所示,测得油膜占有的小正方形个数为x。用以上字母表示油酸分子直径的大小d=;从图中数得油膜占有的小正方形个数为x=。答案(1)量筒、痱子粉、坐标纸、试剂瓶(2)将油膜看成单分子膜,将油酸分子看做球形,认为油酸分子是一个紧挨一个的纯油酸粘滞力较大,直接测量体积时误差太大界定油膜大小的边界(3)dacb(4)111(110112均正确)解析(1)根据实验要求,知所缺的器材为量筒、痱子粉、坐标纸、试剂瓶。(2)见答案。(3)由实验可知正确操作顺序为dacb。(4
7、)一滴纯油酸的体积为,这滴油酸在水面上散开的面积为xa2,则d=。由图中可数出油膜占有小正方形个数约为111个。1-1在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,有下列实验步骤:往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定。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。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。将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻
8、璃板上。完成下列填空:(1)上述步骤中,正确的顺序是。(填写步骤前面的数字)(2)将1cm3的油酸溶于酒精,制成300cm3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,测得所形成的油膜的面积是0.13m2。由此估算出油酸分子的直径为m。(结果保留1位有效数字)答案(1)(如果放在之前的其他位置也可)(2)510-10解析(1)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,应先配制油酸酒精溶液,再往盘中倒入水,并撒痱子粉,然后用注射器将配好的溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定,再将玻璃板放于盘上,将油膜形状用彩笔描绘在玻璃板上,根据d=计算。(2)一滴溶液中含油
9、酸体积V=10-6m3,又S=0.13m3,则油酸分子的直径d=510-10m。考点二数据处理和误差分析考点二数据处理和误差分析典例典例2油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL,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1mL,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。若每一小方格的边长为25mm,试问:(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
10、酸体积是m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径是m。(保留两位有效数字)(2)某同学在实验过程中,在距水面约2cm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:答案(1)球形单分子直径4.410-21.210-112.710-10(2)见解析解析(1)油膜面积约占70小格,面积约为S=70252510-6m24.410-2m2一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V=10-6m3=1.210-11m3油酸分子的直径约等于油膜的厚度d=m2.710-10m(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
11、,因此油膜的面积扩张;油酸酒精溶液中的酒精一部分挥发,一部分溶于水,使液面收缩。2-1(多选)某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,计算结果偏大,可能是由于()A.油酸未完全散开B.油酸溶液浓度低于实际值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的溶液的滴数多记了10滴答案AC由d=知,选项A、C会导致油膜面积偏小,d计算偏大;选项B、D会使油酸体积偏小,d计算偏小。2-2将1mL的纯油酸配成500mL的油酸酒精溶液,待均匀溶解后,用滴管取1mL油酸酒精溶液,让其自然滴出,共200滴,则每滴油酸酒精溶液的体积为mL。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200cm2,则估算油酸分子的直径是m(保留一位有效数字)。答案0.005510-10解析每滴油酸酒精溶液的体积为V=mL=0.005mL;每滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积为V=V=110-5mL,油酸分子的直径是d=510-10m。
