高考物理复习特训考点十四热学第108练实验：用油膜法估测油酸分子的大小含解析

第108练　实验：用油膜法估测油酸分子的大小　

（时间　15分钟）

1．[2022·山东省青岛市西海岸新区高三模拟]用油膜法估测分子直径的实验步骤如下：

A.向浅盘中倒入适量的水，并向水面均匀地撒入爽身粉；

B．将1 mL纯油酸加入酒精中，得到2×103 mL的油酸酒精溶液；

C．把玻璃板放在方格纸上，计算出薄膜的面积S(坐标纸中正方形小方格的边长为20 mm)；

D．将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下50滴溶液的体积；

E．把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，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；

F．根据得到的数据，估算出油酸分子的直径．

(1)上述步骤中，正确的顺序是________(填步骤前的字母).

(2)如图所示为描出的油膜轮廓，油膜的面积约为________m2.

(3)已知50滴溶液的体积为1 mL，估算油酸分子的直径约为________ m(保留两位有效数字).

2．[2022·北京朝阳区一模]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．若将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，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2 cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上

以上操作的合理顺序是________(填字母代号).

(3)若实验时爽身粉撒得太厚，则所测的分子直径会________(选填“偏大”或“偏小”).

(4)本实验中油膜的形成是分子力的作用效果．图甲为分子力F随分子间距r的变化图线，图乙为某同学参照图甲所作的分子势能Ep随分子间距r的变化图线．请你对图乙的合理性作出分析，填在表格相应的位置中．

第108练　实验：用油膜法估测油酸分子的大小

1．答案：（1） BDAECF　（2）0.022 8　（3）4.4×10－10

解析：  （1）题中所述步骤中，正确的顺序是BDAECF.（2）由图可知，油膜轮廓内的小正方形格数约为57，则油膜的面积约为57×4 cm2＝0.022 8 m2.（3）1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积为V＝×10－6m3＝10－11m3，则油酸分子的直径约为d＝＝ m≈4.4×10－10m.

2．答案：（1）单层　　（2）DACB　（3）偏大　（4）见解析，合理即可

解析：（1）这种粗测方法是将每个油酸分子视为球体，让油酸尽可能地在水面上散开，形成的油膜可视为单层的油酸分子组成的，这时油膜的厚度可视为油酸分子的直径，即d＝.（2）根据实验原理可知，操作的合理顺序为：DACB.（3）实验过程中，若爽身粉撒得太厚，会导致油膜不能完全散开，则油酸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会偏大．（4）合理之处：r＝r0处Ep最小．理由：r>r0时，随着r减小，分子引力做正功，分子势能减小；r<r0时，随着r减小，分子斥力做负功，分子势能增大；所以r＝r0处Ep应最小．不合理之处：①r＝r1处Ep＝0不合理．理由：分子力做的功W＝F·Δr＝－ΔEp，则F­r图像与r轴围成图形的面积表示分子势能的变化量大小，故r＝r1处的Ep应比r＝r2处的Ep小，而不应该等于0.②在r>r0范围内，r＝r2处Ep­r图像的斜率应最大．理由：分子力做的功W＝F·Δr＝－ΔEp，所以Ep­r图像斜率的绝对值表示分子力F的大小；由图甲可知，在r>r0范围内，r＝r2处F最大，则r＝r2处Ep­r图像的斜率应最大．