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四川省雷波县民族中学高一物理第11章 学案4 用油膜法估测分子的大小

上传时间: 2014-08-23

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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．
实验原理
 

图1
　利用油酸的酒精溶液在平静的水面上形成________油膜(如图1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______．
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．
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)轻轻洒在水面上．
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．
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





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．
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．

题型一　实验原理和步骤的考查
【例1】 (2011·大纲全国·22)在“油膜法估测油酸分子的大小”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板平放在坐标纸上，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，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，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．
完成下列填空：
(1)上述步骤中，正确的顺序是________．(填写步骤前面的数字)
(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为________m．(结果保留1位有效数字)
题型二　实验数据的处理
【例2】 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，已配制好油酸酒精溶液，其中油酸体积占溶液总体积的百分比为k.在量筒中滴入N滴油酸酒精溶液，读出总体积为V.现将一滴这样的溶液滴在水面上，其散开的油膜在带有方格的玻璃板上描绘的图形如图2所示．已知玻璃板上每个小方格的长和宽均为a.由此计算：

图2
(1)油膜的面积等于多少？
(2)油酸分子的直径是多少？
 
 
题型三　误差分析及注意事项
【例3】 某同学在“用油膜法估测分子的大小”实验中，计算结果明显偏大，其原因可能是(　　)
A．油酸未完全散开
B．油酸中含有大量的酒精
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液的滴数误多记了10滴

1．用油膜法测分子直径的实验中做了哪些科学的近似(　　)
A．把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜
B．把形成油膜的分子看做紧密排列的球形分子
C．将油膜视为单分子油膜，但需要考虑分子间隙
D．将油酸分子视为立方体模型
2．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，备有下列器材：油酸酒精溶液、滴管、痱子粉、浅盘及水、玻璃板、彩笔．还缺少的器材是(　　)
A．只有量筒   B．只有坐标纸
C．量筒和坐标纸   D．不再缺少仪器
3．“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(不足半格的舍去，多于半格的算一个)，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________________．[来源:]
4.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V油酸，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1∶500,1 mL溶液滴250滴，那么1滴溶液的体积是________mL，所以一滴溶液中油酸体积为V油酸＝________cm3.若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L0＝1.12×10－10 m作比较，并判断此实验是否符合数量级的要求.
次数
S/cm2
L＝/cm
L平均值/m

1
533



2
493



3
563



5.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，稳定后形成的纯油膜的形状如图3所示．若每一小方格的边长为25 mm，试问：

图3
(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；每一滴酒精油酸溶液中含有纯油酸体积是________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，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：____________________________________________________
 
________________________________________________________________________.

图4
6．在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL，用注射器测得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，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图4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；
(2)实验测出油酸分子的直径是________m；(结果保留两位有效数字)
(3)实验中为什么要让油膜尽可能散开？
 
 
7.用油膜法估测分子的大小方法及步骤如下：
A．向体积V油＝1 mL油酸中加酒精，直至总量达到V总＝500 mL.
B．用注射器吸取A中油酸酒精溶液，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.
C．先往边长30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水，然后将________加到盘的中央，让其自动扩散至均匀．
D．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．
E．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图5所示，数出轮廓范围内正方形的个数N，正方形边长l＝20 mm.根据以上信息，回答下列问题．(有数值计算的问题，先用信息中字母写出表达式再代入数值并统一单位算出结果)

图5
(1)步骤C中应填写：________.
(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V纯是______ mL.
(3)油酸分子直径是________ m.
 
 
 
实验学案4　用油膜法估测分子的大小
【基础自主落实】
实验原理
单分子　V/S　直径
【热点题型精析】
例1 (1)④①②⑤③　(2)5×10－10
解析　(2)d＝＝ m≈5×10－10 m.
例2 (1)26a2　(2)
解析　(1)油膜面积约占26小格，油膜面积为S＝26a2
(2)一滴油酸酒精溶液中所含有纯油酸体积为k，所以油酸分子的直径d＝＝.
例3 AC
选项
分析
结论

A
油酸未完全散开，S测小于完全散开后的最大面积，d偏大
正确

B
溶液中酒精部分挥发到空气中，部分溶解于水，不影响纯油酸体积
错误

C
计算面积时，舍去了所有不足一格的方格，导致S测偏小，则d偏大
正确

D
1 mL溶液误多记了10滴，则所求得油酸体积偏小，d偏小
错误

【课时效果检测】
1．AB　[用油膜法估测分子大小，必须将分子视为球形，并且不考虑分子间隙；水面上的膜为单分子油膜．只有如此，油膜的厚度才能视为分子直径，即d＝.]
2．C　[开始实验前必须用滴管将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积时的滴数，从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积．在玻璃板上画出油膜的形状后，要放在坐标纸上，以便计算油膜的面积，所以选择C.(说明：有些配套仪器中，玻璃板上带有刻度，不再需要坐标纸)]
3．(1)①C步骤中，要在水面上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的滴数
(2)C、F、B、A、E、D
解析　在滴入油酸酒精溶液之前，应将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上，这样可以清楚地看出油酸的轮廓，另外，在实验过程中，必须记下一滴油酸的体积．
4．4×10－3　8×10－6　填表见解析　符合要求
解析　由题述条件知，1滴溶液的体积
V溶＝ mL＝4×10－3 mL
因为＝，
故1滴溶液中纯油酸体积
V油酸＝V溶＝× mL
＝8×10－6 cm3
可以求出3次测得的L结果分别为
L1≈1.5×10－8 cm  L2≈1.62×10－8 cm  L3≈1.42×10－8 cm
＝≈1.51×10－10 m
与公认值数量级吻合，符合测量要求．
5．(1)球体　单分子　直径　4.4×10－2
1．2×10－11　2.7×10－10
(2)①水面受下落油滴冲击，先下陷后又恢复水平，因此膜面积扩张；②溶液中酒精挥发，使液面收缩
解析　油膜面积约占70个小格，面积为
S＝70×25×25×10－6 m2≈4.4×10－2 m2
一滴溶液中纯油酸体积为
V＝××10－6 m3＝1.2×10－11 m3
所以，d＝＝ m≈2.7×10－10 m.
6．(1)110　(2)6.8×10－10
(3)这样做的目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜．
解析　(1)求油膜面积时，先数出“整”方格的个数，对剩余小方格的处理方法是：不足半个的舍去，多于半个的记为一个，数一下约有110个；
一个小方格的面积S0＝L2＝1 cm2，
所以面积S＝110×1 cm2＝110 cm2.
(2)一滴纯油酸的体积
V＝× mL＝7.5×10－12 m3
油酸分子直径
d＝＝ m＝6.8×10－10 m
7．(1)痱子粉(或细石膏粉)　(2)2×10－5
(3)4.4×10－10
解析　(1)痱子粉(或细石膏粉)
(2)V纯＝·＝× mL＝2×10－5 mL.
(3)V纯＝Nl2·d
解得
d＝＝ m≈4.4×10－10 m.[来源:]
 
 
 
 

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