2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第十二章实验十一用油膜法估测分子的大小

实 验 十 一用油膜法估测分子的大小 突破点(一)　实验原理与操作 [例1]　(2018·南京模拟)“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：A．将画有油酸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酸膜的面积S。B．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，即油酸分子直径的大小。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不完整的，请指出：①________________________________________________________________________。②________________________________________________________________________。(2)上述实验步骤的合理顺序是________。(3)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法中可能正确的是________。A．错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B．计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C．计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数D．水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开[解析]　(1)①C步骤中，要在水面上均匀撒上痱子粉或细石膏粉。②实验时，还需要：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液滴的数目。(2)实验步骤的合理顺序是CFBAED。(3)由d＝可知，测量结果偏大有两个原因，一是体积比正常值偏大，二是面积比正常值偏小，故可能正确的说法是A、C、D。[答案]　见解析[集训冲关]1．[多选](2019·东台月考)关于“用油膜法估测分子大小”的实验，下列说法中正确的是(　　)A．单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径B．测量结果表明，分子直径的数量级是10－10 mC．实验时先将一滴油酸酒精溶液滴入水面，再把痱子粉撒在水面上D．处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径解析：选AB　单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径，选项A正确；测量结果表明，分子直径的数量级是10－10 m，选项B正确；实验时先把痱子粉撒在水面上，再将一滴油酸酒精溶液滴入水面，选项C错误；处理数据时将一滴油酸酒精溶液中含有的油酸的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径，选项D错误。2．[多选](2018·盐城期末)如图所示，在“用油膜法估测分子的大小”实验中，下列操作正确的是(　　)A．在量筒中仅滴一滴油酸酒精溶液，测出其体积B．适量的痱子粉洒在水面后，用玻璃棒轻轻地搅匀C．先在水面上撒适量的痱子粉，后滴入一滴油酸酒精溶液D．计算油膜面积时，舍去不足半格的方格，半格或超过半格计为一格解析：选CD　一滴油酸酒精溶液的体积太小，为减小误差，测N滴油酸酒精溶液的体积，再计算出一滴油酸酒精溶液的体积，故A错误；先在水面上撒适量的痱子粉，后滴入一滴油酸酒精溶液，这样有利于油膜的展开，故B错误，C正确；在计算油膜面积时，不足半格的方格舍去，半格或大于半格的方格算一格，故D正确。3．(2019·连云港质检)“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下：①向体积V油＝1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500 mL；②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n＝100滴时，测得其体积恰好是V0＝1 mL；③先往边长为30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将____________均匀地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，数出轮廓范围内小方格的个数N，小方格的边长a＝20 mm。根据以上信息，回答下列问题：(1)步骤③中应填写：________。(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′＝______mL；油酸薄膜的面积S约为__________mm2; 由此可知，油酸分子的直径d约为__________m。(结果均保留两位有效数字)解析：(1)先往边长为30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V′＝× mL＝2.0×10－5 mL数出轮廓范围内小方格的个数N＝115，油酸薄膜的面积S＝115×(20)2 mm2＝4.6×104 mm2油酸分子的直径d＝＝ m≈4.3×10－10 m。答案：(1)痱子粉或石膏粉　(2)2.0×10－5　4.6×104　4.3×10－10突破点(二)　数据处理与误差分析[例2]　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。若每一小方格的边长为25 mm，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酸的体积是________m3；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)(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：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。[解析]　(1)油膜面积约占70小格，面积约为S＝70×25×25×10－6 m2≈4.4×10－2 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝××10－6 m3＝1.2×10－11 m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度d＝＝ m≈2.7×10－10 m。(2)略。[答案]　(1)球体　单分子　直径　4.4×10－2　1.2×10－11　2.7×10－10　(2)主要有两个原因：①水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩 [集训冲关]4．(2018·南京一模)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，将1 mL的油酸溶于酒精，制成500 mL的油酸酒精溶液；测得1 mL的油酸酒精溶液有100滴；将1滴油酸酒精溶液滴入事先洒有均匀痱子粉的水槽中，待油膜充分散开后，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸上正方形小方格的边长为2 cm。则一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为________m3；油酸分子的直径为________m。(结果均保留一位有效数字)解析：一滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积：V＝× mL＝2×10－11 m3由题图所示可知，共有90个方格，油膜的面积：S＝90×0.02×0.02 m2＝3.6×10－2 m2，油酸分子直径为：d＝＝ m≈6×10－10 m。答案：2×10－11　6×10－105．(2019·海安月考)在“用油膜法测定分子的大小”的实验中，把1 mL的油酸加入酒精中配制成1 000 mL的油酸酒精溶液，1 mL溶液通过滴管实验测得为80滴，取1滴油酸酒精溶液滴在撒有痱子粉的浅水槽中，待油酸界面稳定后测得油膜面积为260 cm2。(1)试估算油酸分子的直径d＝________m(保留一位有效数字)。(2)按照一定比例配制的油酸酒精溶液置于一个敞口容器中，如果时间偏长，会影响分子尺寸测量结果，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)测得油膜面积为S＝260 cm2＝2.6×10－2 m2每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为：V＝× mL＝1.25×10－11 m3油酸分子的直径：d＝＝ m≈5×10－10 m。(2)配制好的油酸酒精溶液置于一个敞口容器中，如果时间偏长，酒精挥发，导致油酸浓度增大，因此出现分子直径测量结果偏小。答案：(1)5×10－10　(2)酒精挥发使得溶液中油酸浓度变大