新教材高考物理一轮复习第14章热学实验20用油膜法估测分子的大小课件

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注意事项1.将所有的实验用具擦洗干净,不能混用。2.油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。3.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。 误差分析1.纯油酸体积的计算引起误差;2.对油膜形状画线时带来误差;3.数格子法本身是一种估算的方法,从而会带来误差。 
典例1.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　　　　(选填字母代号)。 
(3)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.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开D.计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理
答案 (1)单层　(2)DACB(3)AC解析 (1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成单层分子油膜的特性。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d= 。(2)实验中先在浅盘中倒入约2 cm深的水,将爽身粉均匀地撒在水面上;然后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;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;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。则合理的顺序是DACB。
(3)该同学做完实验后,发现自己所测的分子直径d明显偏大。根据d= 可知,将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算,则V偏大,测得的分子直径d偏大,选项A正确。油酸酒精溶液长时间放置,酒精挥发使溶液的浓度变大,则油膜的面积偏大,则测得的分子直径偏小,选项B错误。水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开,则S的测量值偏小,分子直径测量值偏大,选项C正确。计算油膜面积时,将不完整的方格作为完整方格处理,则S测量值偏大,分子直径测量值偏小,选项D错误。
素养点拨 油膜体积的测定——积聚法:由于一滴纯油酸中含有的分子数仍很大,形成的单层分子所占面积太大,不便于测量,故实验中先把油酸溶于酒精中稀释,测定其浓度,再测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,取一滴用于实验,最后计算出一滴溶液中含有的纯油酸的体积作为油膜的体积。
典例2.在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有爽身粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字)
(1)油酸薄膜的面积是　　　　　　 m2; (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　 m3; (3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　m(结果保留两位有效数字); 
(4)某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于　　　　。 A.油酸未完全散开B.油酸酒精溶液中含有大量酒精C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴
答案 (1)4.0×10-3　(2)2.5×10-12　(3)6.3×10-10　(4)D解析 (1)由于每格边长为1 cm,则每一格就是1 cm2,估算油膜面积根据超过半格以一格计算,小于半格就舍去的原则,估算出40格,则油酸薄膜面积为S=40 cm2=4.0×10-3 m2;
(4)油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致计算结果偏大,故A错误;计算时利用的是纯油酸的体积,酒精的作用是更易使油酸平铺成单层薄膜,自身溶于水或挥发掉,使测量结果更精确,故B错误;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,故得到的分子直径将偏大,故C错误;计算时把向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴,浓度降低,则d偏小,故D正确。
油膜面积的测定:如图所示,将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标格纸上,以边长为1 cm的方格为单位,数出轮廓内正方形的格数(不足半格的舍去,超过半格的计为1格),计算出油膜的面积S。
1.(2023广东广州期中)某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。(1)该实验中的理想化假设是　　　　。 A.将油膜看成单分子层油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.不考虑各油酸分子间的相互作用力D.将油酸分子看成球形
(2)该小组进行如图1实验操作,请选出需要的实验操作,并将它们按操作先后顺序排列:　　　　(用字母符号表示)。 
(3)某次实验,配制油酸酒精溶液时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸5 mL,用注射器测得0.5 mL上述溶液有100滴,则一滴油酸的体积为　　　　 mL。把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的浅盘里,测得油酸膜的近似轮廓如图2所示,轮廓线内约　　　　格。图2中正方形小方格的边长为2 cm,油酸膜的面积为　　　 cm2,则油酸分子的直径是　　　　 m。(最后一空结果保留2位有效数字) 
(4)某次实验时,该小组四个同学都发生了一个操作错误,导致最后所测分子直径偏大的是　　　　。 A.甲同学在配制油酸酒精溶液时,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了B.乙同学用注射器测得102滴油酸酒精的溶液为0.5 mL,不小心错记录为100滴C.丙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后,不小心拿错了一个注射器取一溶液滴在水面上,这个拿错的注射器的针管比原来的粗D.丁同学计算油膜面积时,把凡是半格左右的油膜都算成了一格
答案 (1)ABD(2)DBFEC(3)2.5×10-5　64　256　9.8×10-10(4)AB解析 (1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,我们的实验依据是:①油膜是呈单分子层分布的;②把油酸分子看成球形;③分子之间空隙不计。故A、B、D正确,C错误。(2)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为:配制油酸酒精溶液(记下配制比例)→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘、撒粉→形成油膜→描绘油膜边缘→估算油膜面积→计算分子直径,因此操作先后顺序排列应是:DBFEC。
2.(2022春广西柳州城中区校级期中)在做用油膜法估测油酸分子的大小的实验中,实验步骤如下:A.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,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。
C.用量筒量出N滴油酸酒精溶液的体积V。用浅盘装入约2 cm深的水,在水面上均匀地撒上爽身粉。D.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x(不足半格的舍去,多于半格的算一个),再根据方格的边长为a,求出油膜的面积S。
(1)将上述实验步骤进行排序,正确的顺序应该是　　　(写步骤前的序号)。(2)实验中要让油酸在水面尽可能散开,形成　　　　(选填“单分子”或“多分子”)油膜,并将油膜分子看成球形且紧密排列。本实验体现的物理思想方法为　　　　。 A.控制变量法B.理想模型法C.极限思想法D.等效替代法(3)已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c,根据油酸酒精溶液的浓度,每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积的表达式V0=　　　　,油膜面积表达式S=　　　　,从图中可数出小方格的有效个数x=　　　　。用以上字母表示油酸分子的直径d=　　　　。