江苏版高考物理一轮复习第14章实验20用油膜法估测油酸分子的大小课时学案

这是一份江苏版高考物理一轮复习第14章实验20用油膜法估测油酸分子的大小课时学案，共7页。
实验原理与操作
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．方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。
[题组训练]
1. (2021·江苏省新高考适应性考试)在“油膜法估测分子大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，数出油膜共占140个小方格，每格边长是0.5 cm，由此估算出油酸分子直径为( )
A．7×10－8 m B．1×10－8 m
C．7×10－10 m D．1×10－10 m
C [1滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V＝eq \f(1,80)×eq \f(1,5 000) cm3＝0.25×10－5 cm3，油膜的面积为S＝140×0.25 cm2＝35 cm2，油酸分子直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(0.25×10－5,35) cm≈7.1×10－10 m。]
2．(2023·江苏盐城市调研)在“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中，下列做法不正确的是( )
A．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1 mL，则1滴溶液中含有油酸的体积小于10－2 mL
B．往浅盘里倒入适量的水，再将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上
C．用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，并立即在玻璃板上描下油酸膜的形状
D．根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d＝eq \f(V,S)，即油酸分子直径的大小
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1 mL，则1滴油酸酒精溶液的体积是10－2 mL，含有油酸的体积小于10－2 mL，选项A正确；往浅盘里倒入适量的水，再将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上，选项B正确；用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液，同时将玻璃板放在浅盘上，待油酸在液面上分布均匀并稳定后，在玻璃板上描下油酸膜的形状，选项C错误；根据1滴油酸酒精溶液中油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d＝eq \f(V,S)，即油酸分子直径的大小，选项D正确。]
3．在用油膜法估测油酸分子直径的实验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；
②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；
③将画有油膜形状的玻璃平板放在坐标纸上，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；
④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，记下量筒内每增减一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积；
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
(1)上述步骤中，正确的顺序是：④①________(填写步骤前面的数字)。
(2)实验中所用的油酸酒精溶液的体积百分比浓度为0.05%，每滴溶液的体积为0.02 mL，描出油酸膜边缘轮廓，油酸膜的面积约为110 cm2，由此可估算出油酸分子的直径为________ m。(结果保留两位有效数字)
(3)实验中若油酸未完全散开就测油膜面积，会导致计算分子直径的结果比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)。
[解析] (1)上述步骤中，正确的顺序是：④①②⑤③。
(2)油酸分子的直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(0.02×10－6×0.05%,110×10－4) m＝9.1×10－10 m
(3)实验中若油酸未完全散开就测油膜面积，则S测量值偏小，则根据d＝eq \f(V,S)，会导致计算分子直径的结果比真实值偏大。
[答案] (1)②⑤③ (2)9.1×10－10 (3)偏大
数据处理与误差分析
1．纯油酸体积的计算引起误差。
2．油膜形状的画线误差。
3．数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。
[题组训练]
1．(2022·苏北七市高三三模)为了减少“用油膜法估测分子的大小”的实验误差，下列方法可行的是( )
A．将油酸酒精溶液滴在水面上时，滴管距水面距离尽可能远些
B．先在浅盘内的水上撒一些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上
C．用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成规则形状
D．计算油膜面积时，舍去所有不满一格的方格
B [油酸酒精溶液滴在水面上时，应使滴管竖直、靠近水面，若离水面太高，可能无法形成油膜，故A错误；在浅盘内的水上撒一些痱子粉，再用滴管把油酸酒精溶液滴一滴在水面上，油酸推动痱子粉扩散，可以更清楚地看出轮廓，故B正确；牙签拨弄油膜可能会形成间隙，同时会带走部分油酸，只要是单分子层油膜即可，对油膜形状没有要求，故C错误；计算时，不满半格的舍去，多于半格的算一格，故D错误。所以选B。]
2．(1)“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是________。
A．考虑了各油酸分子间的间隙
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．将油酸形成的膜看成单分子油膜
D．将油酸分子看成立方体
(2)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1 mL的溶液的滴数多记了10滴
(3)在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液为1 000 mL溶液中有纯油酸 0.6 mL，用量筒测得1 mL上述溶液为80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，油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形方格的边长为1 cm，试求：
①油酸膜的面积是________ cm2。(保留三位有效数字)
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________ m3。
③实验测出油酸分子的直径是________ m。(结果保留两位有效数字)
④实验中为什么要让油膜尽可能散开？________。
[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油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙，由此可知A、D错误，B、C正确。
(2)计算油酸分子直径的公式是d＝eq \f(V,S)，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积。油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A正确；如果油酸溶液浓度低于实际值，则油酸的实际体积偏小，则直径将偏小，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正确；求每滴体积时，1 mL的溶液的滴数误多记了10滴，由V0＝eq \f(V,n)可知，纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故D错误。
(3)①由题图图示可知，由于每格边长为1 cm，则每一格就是1 cm2 ，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出105格。则油酸薄膜面积S＝105 cm2(估算格数取105～106都对)；
②一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积为V＝eq \f(1 mL,80)×eq \f(0.6 mL,1 000 mL)＝7.5×10－6 mL＝7.5×10－12 m3；
③所以油酸分子直径为d＝eq \f(V,S)＝eq \f(7.5×10－12,105×10－4) m＝7.1×10－10 m；
④当油酸溶液滴在水面后，让油膜尽可能散开，目的是让油膜在水面上形成单分子油膜。
[答案] (1)BC (2)AC (3)①105 ②7.5×10－12 ③7.1×10－10 ④这样做的目的是让油膜在水面上形成单分子油膜
实验拓展与创新
(1)在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。坐标格的每个小正方形大小为2 cm×2 cm。由图可以估算出油膜的面积是__________ cm2，由此估算出油酸分子的直径是____________ m(保留1位有效数字)。
甲 乙
(2)图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10－8 m的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为________ m(结果保留2位有效数字)。
[解析] (1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝64×2 cm×2 cm＝256 cm2(或者65×2 cm×2 cm＝260 cm2也对)。溶液浓度为eq \f(1,1 000)，每滴溶液体积为eq \f(1,100) mL,2滴溶液中所含油酸体积为V＝2×10－5 cm3，油膜厚度即油酸分子的直径是d＝eq \f(V,S)≈8×10－10 m。
(2)直径为1.43×10－8 m的圆周周长为l＝πd≈4.5×10－8 m，可以估算出铁原子的直径约为d′＝eq \f(4.5×10－8,48) m≈9.4×10－10 m。
[答案] (1)256(±4) 8×10－10 (2)9.4×10－10
测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。本题(2)的实验计算铁原子的直径应用了“用扫描隧道显微镜拍下的一个‘量子围栏’的照片”，不同于常规的油膜法。