2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)第12章熱學(xué)實(shí)驗(yàn)13用油膜法估測(cè)分子的大小學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)十三用油膜法估測(cè)分子的大小1了解本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及所需要的器材，了解實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。2會(huì)正確測(cè)出一滴油酸酒精溶液中油酸的體積及形成油膜的面積。3會(huì)計(jì)算分子的大小，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖所示，測(cè)出一滴油酸酒精溶液在水面上形成的單分子油膜面積，將油酸分子看成球形，用d計(jì)算出油膜的厚度，其中v為一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積，s為油膜面積，這個(gè)厚度d就是油酸分子的直徑。清水、酒精、油酸、量筒、淺盤(邊長(zhǎng)約3040 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有機(jī)玻璃板)、彩筆、痱子粉(或石膏粉)、坐標(biāo)紙、容量瓶(500 ml)。1用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差。2配制

2、油酸酒精溶液，取油酸1 ml，注入500 ml的容量瓶中，然后向容量瓶?jī)?nèi)注入酒精，直到液面達(dá)到500 ml刻度線為止，搖動(dòng)容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，這樣就得到了500 ml含1 ml純油酸的油酸酒精溶液。3用注射器或滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)增加一定體積vn時(shí)的滴數(shù)n。4根據(jù)v0算出每滴油酸酒精溶液的體積v0。5向淺盤里倒入約2 cm深的水，并將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上。6用注射器或滴管在水面上滴一滴油酸酒精溶液。7待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板(或有機(jī)玻璃板)放在淺盤上，并用彩筆在玻璃板上描畫出油酸薄膜的形狀。1將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，

3、算出油酸薄膜的面積s(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1 cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))。2根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴溶液中純油酸的體積v，并代入公式d算出油酸薄膜的厚度d。3重復(fù)實(shí)驗(yàn)，多測(cè)幾次油酸薄膜的厚度，求平均值，即為油酸分子的直徑大小。產(chǎn)生原因減小辦法偶然誤差：(1)油酸酒精溶液配制后長(zhǎng)時(shí)間放置，溶液的濃度改變，會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)較大誤差(2)利用小格子數(shù)計(jì)算油膜輪廓面積時(shí)，輪廓的不規(guī)則性容易帶來(lái)計(jì)算誤差(3)測(cè)量量筒內(nèi)溶液增加1 ml 的滴數(shù)時(shí)，體積觀測(cè)不準(zhǔn)確會(huì)帶來(lái)誤差(4)油膜輪廓的畫線不準(zhǔn)會(huì)帶來(lái)誤差(1)為減小濃度的變化，可將配好的溶液

4、密封(2)計(jì)算輪廓范圍內(nèi)小格子個(gè)數(shù)時(shí)，不足半個(gè)格子的舍去，大于等于半個(gè)格子的算一個(gè)。方格邊長(zhǎng)的單位越小，計(jì)算出的面積越精確(3)選用內(nèi)徑小的量筒，讀數(shù)時(shí)平視(4)畫圖時(shí)圖線輪廓邊緣清晰系統(tǒng)誤差：將油酸分子看成球形且緊密排列，忽略了分子間隙1油酸酒精溶液配制后不要長(zhǎng)時(shí)間放置，以免濃度改變，產(chǎn)生誤差。2注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1 cm之內(nèi)，當(dāng)針頭靠水面很近(油酸酒精溶液未滴下)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實(shí)驗(yàn)效果。3實(shí)驗(yàn)之前要訓(xùn)練好滴法。4待測(cè)油酸面擴(kuò)散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓，擴(kuò)散后又收縮有兩個(gè)原因：一是水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復(fù)，二是酒精揮發(fā)

5、后液面收縮。5當(dāng)重做實(shí)驗(yàn)時(shí)，水從淺盤的一側(cè)邊緣倒出，在這側(cè)邊緣會(huì)殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣可保持淺盤的清潔。6從淺盤的中央加痱子粉，使粉自動(dòng)擴(kuò)散至均勻，這是由以下兩種因素所致：第一，加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開；第二，粉粒之間的排斥。這樣做比粉撒在水面上的實(shí)驗(yàn)效果好。7本實(shí)驗(yàn)只要求估算分子大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)量級(jí)符合要求即可。8實(shí)驗(yàn)中所用的油酸及酒精都應(yīng)取較純藥品，否則會(huì)影響結(jié)果。另外，實(shí)驗(yàn)中所有的容器必須潔凈，不能有油污。9計(jì)算時(shí)注意單位和數(shù)量級(jí)，以及有效數(shù)字要求，細(xì)心求解、計(jì)算?？键c(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu)考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟例1利用油膜法估測(cè)油酸分子

6、的大小，實(shí)驗(yàn)器材有：濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1 ml的量筒、盛有適量清水的規(guī)格為30 cm40 cm的淺盤、痱子粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙。(1)下面是實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)?zhí)顚懰钡牟襟Ec。a用滴管將濃度為0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下滴入1 ml油酸酒精溶液時(shí)的滴數(shù)n；b將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)的水面上，用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液，從靠近水面處向淺盤中央一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，直到穩(wěn)定時(shí)油酸薄膜有足夠大的面積且不與器壁接觸為止，記下滴入的滴數(shù)n；c_；d將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1 cm的

7、正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，算出油酸薄膜的面積s。(2)用已給的和測(cè)得的物理量表示單個(gè)油酸分子的大小_(單位：cm)。嘗試解答(1)待薄膜輪廓穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上(2)。(1)待薄膜輪廓穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上。(2)每滴油酸酒精溶液的體積為 cm3n滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積為v0.05% cm3所以單個(gè)油酸分子的直徑大小d。 變式1在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有油酸和酒精按體積比為nm配制好的油酸酒精溶液置于容器中，還有一個(gè)盛有約2 cm深的水的淺盤，一支滴管，一個(gè)量筒。請(qǐng)補(bǔ)充下述實(shí)驗(yàn)步

8、驟：(1)_。(需測(cè)量的物理量用字母表示)(2)用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤，等油酸薄膜穩(wěn)定后，將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上，如圖所示，則油膜面積為_(已知坐標(biāo)紙上每個(gè)小方格面積為s，求油膜面積時(shí)，半個(gè)以上方格面積記為s，不足半個(gè)舍去)。(3)估算油酸分子直徑的表達(dá)式為d_。答案(1)用滴管向量筒內(nèi)加注n滴油酸酒精溶液，讀出其體積v(2)112s(3)解析(1)用滴管向量筒內(nèi)加注n滴油酸酒精溶液，讀出其體積v，由此可算出一滴溶液的體積。(2)由圖象可得油膜所占小格數(shù)為112，故油膜面積s112s。(3)1滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積為v，油膜面積s112s。由d，得d?？键c(diǎn)2數(shù)據(jù)處理和誤差

9、分析例2(2019石家莊二模)在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，將1 ml的油酸加入酒精中配制成1000 ml的油酸酒精溶液，通過(guò)注射器測(cè)得80滴這樣的溶液為1 ml，取1滴溶液滴在撒有痱子粉的淺水槽中，待油膜界面穩(wěn)定后，測(cè)得油膜面積為253 cm2。(1)估算油酸分子的直徑d_ m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。(2)將上述油酸酒精溶液置于一個(gè)敞口容器中放置一段時(shí)間，再使用該溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致分子直徑的測(cè)量結(jié)果_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。嘗試解答(1)51010_(2)偏大。(1)測(cè)得油膜面積為：s253 cm22.53102 m2，每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為：v ml1.2

10、51011 m3油酸分子的直徑為：d m51010 m。(2)將油酸酒精溶液置于一個(gè)敞口容器中放置一段時(shí)間，酒精揮發(fā)，導(dǎo)致油酸酒精溶液中油酸的濃度增大，因此一滴油酸酒精溶液中油酸的體積偏大，測(cè)得的分子直徑大小偏大。變式2油酸酒精溶液的濃度為每1000 ml油酸酒精溶液中有油酸0.6 ml，現(xiàn)用滴管向量筒內(nèi)滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1 ml，若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩(wěn)定后形成的油膜的形狀如圖所示，若每一小方格邊長(zhǎng)為25 mm，試問(wèn)：(1)這種估測(cè)方法是將每個(gè)油酸分子視為_模型，讓油酸盡可能地在水面上散開，則形成的油膜可視為

11、_油膜，這層油膜的厚度可視為油酸分子的_。圖中油酸膜的面積為_ m2；每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是_ m3；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是_ m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在距水面約2 cm的位置將一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到，油膜的面積會(huì)先擴(kuò)張后又收縮了一些，這是為什么呢？請(qǐng)寫出你分析的原因：_。答案(1)球體單分子直徑4.41021.210112.71010(2)水面受到落下油滴的沖擊，先陷下后又恢復(fù)水平，因此油膜的面積擴(kuò)張；油酸酒精溶液中的酒精揮發(fā)，使液面收縮解析(1)油膜面積約占70小格，面積約為s702525106 m24.4

12、102 m2，一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為v106 m31.21011 m3，油酸分子的直徑約等于油膜的厚度d m2.71010 m。(2)見(jiàn)答案。高考模擬 隨堂集訓(xùn)1(2019全國(guó)卷)用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是_。實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以_。為得到油酸分子的直徑，還需測(cè)量的物理量是_。答案使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測(cè)出1 ml油酸酒精溶液的滴數(shù)，得到一滴溶液中純油酸的體積單分子層油膜的面積解析用油膜法估測(cè)分子直徑時(shí)，需使油酸在水面上形

13、成單分子層油膜，為使油酸盡可能地散開，將油酸用酒精稀釋。要測(cè)出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，需要測(cè)量一滴油酸酒精溶液的體積，可用累積法，即測(cè)量出1 ml油酸酒精溶液的滴數(shù)。根據(jù)vsd，要求得油酸分子的直徑d，則需要測(cè)出單分子層油膜的面積，以及一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積。2(2019重慶一診)在做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用注射器將一滴油酸酒精溶液滴入盛水的淺盤里，把玻璃板放在淺盤上并描畫出油酸膜的輪廓，如圖。圖中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1 cm，該油酸膜的面積是_ m2，若一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是7106 ml，則油酸分子的直徑是_ m(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)

14、字)。答案1.16102(1.141021.18102均可)61010解析采用估算的方法求油酸膜的面積：面積超過(guò)小正方形一半的正方形的個(gè)數(shù)為116個(gè)(114118均可)，則油酸膜的面積約為s116104 m21.16102 m2(1.14102 m21.18102 m2均可)；油酸分子的直徑d m61010 m。3(2019江蘇南京、鹽城高三第三次調(diào)研)某同學(xué)做“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)。已知每2500 ml油酸酒精溶液中含有純油酸1 ml，用注射器測(cè)得每100滴這樣的溶液為1 ml，把一滴這樣的溶液滴入撒有痱子粉的盛水淺盤里，把玻璃板蓋在淺盤上并描畫出油酸膜輪廓，如圖所示。圖中正方形小

15、方格的邊長(zhǎng)為1 cm，則油酸膜的面積為_ cm2，油酸分子直徑大小d_ m(保留一位有效數(shù)字)。答案401109解析油酸膜中包含小正方形的個(gè)數(shù)為40個(gè)(少于半個(gè)的不計(jì)數(shù)，多于半個(gè)的算1個(gè))，可知油酸膜的面積約40 cm2；一滴溶液中純油酸的體積v cm3，所以d cm1109 m。4(2019上海嘉定高三上學(xué)期期末)在做“用油膜法估測(cè)分子直徑的大小”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟如下：a將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)出輪廓內(nèi)的方格數(shù)，再根據(jù)方格的邊長(zhǎng)求出油膜的面積s；b將一滴油酸酒精溶液滴在水面，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將薄膜的形狀描畫在玻璃板上；c用淺盤裝入約2 c

16、m深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上；d取一定體積的油酸和確定體積的酒精混合均勻配制成一定濃度的油酸酒精溶液；e根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積v；f用注射器將事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增加一定體積時(shí)的滴數(shù)；g由得到油酸分子的直徑d。(1)實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是_。(填寫字母編號(hào))(2)在本實(shí)驗(yàn)中“將油膜分子看成緊密排列的球形，在水面形成單分子油膜”，體現(xiàn)的物理思想方法是_。(3)若所用油酸酒精溶液的濃度約為每104 ml溶液中有純油酸6 ml。用注射器測(cè)得1 ml上述溶液為75滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，描出的油酸膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)為1 cm，由此可估測(cè)油酸分子的直徑是_ m。(保留一位有效數(shù)字)答案(1)dfecbag(2)建模法(3)61010解析(1)本實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積