【物理】2018届一轮复习人教版实验：用油膜法测分子的大小学案

【物理】2018届一轮复习人教版实验：用油膜法测分子的大小学案

第3讲　实验：用油膜法测分子的大小 知|识|梳|理 微知识❶ 实验目的 ‎(1)估测油酸分子的大小。‎ ‎(2)学习间接测量微观量的原理和方法。‎ 微知识❷ 实验原理 ‎　利用油酸的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。‎ 微知识❸ 实验器材 盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。‎ 微知识❹ 实验步骤 ‎(1)用滴管(或注射器)将油酸酒精溶液滴入量筒，数出每毫升油酸酒精溶液的滴数，算出每滴液滴体积的平均值。‎ ‎(2)把洗干净的浅盘水平放置，倒入约‎2 cm深的水。用纱网(或粉扑)将适量的痱子粉(或石膏粉)轻轻撒在水面上。‎ ‎(3)用滴管(滴管距离水面约‎1 cm)将一滴油酸酒精溶液轻轻滴入水面中央，待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。‎ ‎(4)将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形小方格的个数(不足半格的舍去，多于半格的算一个格)，估测出油膜的面积，估算油酸分子的直径。‎ ‎(5)清洗浅盘，擦去玻璃板上的油膜轮廓线，重复做2次至3次实验。‎ 微知识❺ 数据处理 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1 mL 溶液时的滴数 轮廓内的 小格子数 轮廓 面积S ‎1‎ ‎2‎ 实验 次数 一滴纯油酸 的体积V 分子的 大小(m)‎ 平均值 ‎1‎ ‎2‎ 微知识❻ 注意事项 ‎(1)实验前，必须将所有的实验用具擦洗干净。实验时，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大实验误差。‎ ‎(2)痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功。‎ ‎(3)油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜，不宜长时间放置。‎ ‎(4)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。‎ ‎(5)油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩的原因有两个：一是水面受液滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后，油膜回缩。‎ ‎(6)滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面‎1 cm之内，否则油膜难于形成。‎ ‎(7)因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界。注意要从盘的中央加痱子粉。由于加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，粉会自动扩散至均匀。这样做，比将粉撒在水面上的实验效果要好；撒痱子粉后，不要再触动盘中的水。‎ ‎(8)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸。为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。‎ ‎(9)本实验只要求估算分子的大小，实验结果数量级符合要求即可。‎ 微知识❼ 误差分析 ‎(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)利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。为减小误差，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算出的面积越精确。‎ ‎(3)测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时，注意正确的观察方法。‎ ‎(4)油膜形状的画线误差。‎ 基|础|诊|断 一、思维诊断 ‎1．油膜法测分子直径实验的原理关系式为d＝，其中V指一滴油酸溶液的体积，S指油膜的面积(×)‎ ‎2．用数格子的方法计算油膜面积时，多于半格的算一个，少于半格舍去(√)‎ 二、对点微练 ‎1．(实验原理和操作)“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步骤不完全，请指出：‎ ‎①_________________________________________________________ _______________；‎ ‎②________________________________________________________ ________________。‎ ‎(2)上述实验步骤的合理顺序是__________。‎ 解析　(1)①C步骤中，要在水面上均匀地撒上细石膏粉或痱子粉。②实验中，要有步骤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的滴数。‎ ‎(2)合理顺序为CFBAED。‎ 答案　(1)见解析　(2)CFBAED ‎2．(数据处理)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每104 mL溶液中有6 mL油酸。用注射器测得1 mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和大小如图所示，坐标中正方形方格的边长为‎1 cm，试求：‎ ‎(1)油酸膜的面积是多少？‎ ‎(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？‎ ‎(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。‎ 解析　(1)根据题图，数得格子数为129个，那么油膜面积是S＝129×‎1 cm2＝‎129 cm2。‎ ‎(2)根据已知条件可知，1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积是 mL。又已知每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是 V＝ mL＝8×10－6 mL。‎ ‎(3)油酸分子的直径为 d＝＝ cm≈6.2×10－‎10 m。‎ 答案　(1)‎129 cm2　(2)8×10－6 mL　(3)6.2×10－‎‎10 m 核心微讲 ‎　 本实验中处理数据要注意两点：一是根据体积比计算出一定体积的油酸酒精溶液中纯油酸的体积；二是计算油膜面积时，必须遵循“数格子法”的原则，即不足半个的舍去，多于半个的算一个。‎ 题组突破 ‎1－1.在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，具体操作如下：‎ ‎①取油酸0.1 mL注入250 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250 mL的刻度为止，摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸酒精溶液；‎ ‎②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴；‎ ‎③在边长约‎40 cm的浅盘内注入约‎2 cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；‎ ‎④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油膜的形状；‎ ‎⑤将画有油膜形状的玻璃板放在边长为‎1.0 cm的方格纸上，算出完整的方格有67个，大于半格的有14个，小于半格的有19个。‎ ‎(1)这层油膜的厚度可视为油酸分子的__________。‎ ‎(2)利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸酒精溶液含纯油酸为__________ m3，求得的油膜分子直径为__________ m。(结果全部保留两位有效数字)‎ 解析　(1)油膜的厚度可视为油酸分子的直径。‎ ‎(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 V＝× mL＝4.0×10－6 mL＝4.0×10－‎‎12 m3‎ 形成油膜的面积S＝1.0×(67＋14) cm2＝8.1×10－‎‎3 m2‎ 油酸分子的直径d＝≈4.9×10－‎10 m。‎ 答案　(1)直径　(2)4.0×10－12　4.9×10－10‎ ‎1－2.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，则：‎ ‎(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体积为________ m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径为________m。(结果均保留两位有效数字)‎ ‎(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：________________________。‎ 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)实验过程中除了按步骤进行操作，还要仔细观察实验现象，并学会分析所观察到的现象。‎ 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水面受到落下油滴的冲击，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 ‎　　　　　　　　　‎ ‎1．在“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浓度为A，N滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓，如图所示，测得油膜占有的正方形小格数为X。‎ ‎(1)用以上字母表示一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为__________。‎ ‎(2)油酸分子直径约为__________。‎ 解析　(1)由题意可知，一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积为V0＝。‎ ‎(2)一滴所形成的油膜的面积为S＝Xa2，所以油膜的厚度，即为油酸分子的直径为d＝＝。‎ 答案　(1)　(2) ‎2．测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。‎ ‎(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，向撒的痱子粉的盛水浅盘中滴入2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待薄膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格的正方形大小为‎2 cm×‎2 cm。由图可以估算出油膜的面积是________ cm2(保留两位有效数字)，由此估算出油酸分子的直径是________ m(保留一位有效数字)。‎ ‎(2)如图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。(保留两位有效数字)‎ 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，估算出油膜的面积S＝格数×‎2 cm×‎2 cm＝‎256 cm2≈2.6×‎102 cm2。溶液浓度为，每滴溶液体积为 mL，2滴溶液中所含油酸体积V＝2×10－‎5 cm3，油膜厚度即油酸分子的直径d＝≈8×10－‎10 m。‎ ‎(2)直径为1.43×10－‎8 m的圆周周长为πd≈4.5×10－‎8 m，可以估算出铁原子的直径约为 m＝9.4×10－‎10 m。‎ 答案　(1)2.6×102　8×10－10　‎ ‎(2)9.4×10－10‎