高中物理選擇性必修第三冊配人教版-第一章-2-實驗-用油膜法估測油酸分子的大小

高中同步學案優(yōu)化設計GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI2.實驗:用油膜法估測油酸分子的大小第一章2021內容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.會用單分子油膜法估算分子的直徑,運用理想化方法,建立物質分子的球體模型。(科學探究)2.培養(yǎng)在物理學中的估算能力。(科學思維)3.體會通過測量宏觀量來研究微觀量的思想方法。(科學思維)思維導圖課前篇自主預習必備知識一、實驗思路1.獲得油膜:把一滴油酸酒精溶液滴到水面上,油酸分子在水面上散開,水面上會形成一層油膜,由單層油酸分子(C17H33COOH)中的烴基C17H33-組成。2.構建模型盡管油酸分子有著復雜的結構和形狀,分子間也存在著間隙,但在估測其大小時,可以把它簡化為球形處理,并認為它們緊密排布,如圖所示。3.估測出油膜的厚度d,它就相當于分子的直徑。二、實驗器材配制好的一定濃度的油酸酒精溶液、淺盤、水、爽身粉(或細石膏粉)、注射器、燒杯、玻璃板、彩筆、坐標紙。三、物理量的測量1.測量1滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積V。(1)配制一定濃度的油酸酒精溶液。(2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液,由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積,再把它一滴一滴地滴入燒杯中,記下液滴的總滴數(shù)。(3)用它們的總體積除以總滴數(shù),得到1滴油酸酒精溶液的體積。(4)根據(jù)溶液濃度計算出1滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積V。2.測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S。(1)在淺盤里盛上水,一只手捏住盛有爽身粉的布袋,另一只手拍打,將爽身粉均勻地撒在水面上。(2)用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液形成一塊有輪廓的油膜。(3)待油膜形狀穩(wěn)定后,將事先準備好的帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上,在玻璃板上描下薄膜的輪廓。(4)根據(jù)畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標方格,計算輪廓范圍內正方形的個數(shù),不足半個的舍去,多于半個的算一個。(5)把正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積就得到油膜的面積S。四、數(shù)據(jù)分析1.用1滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積V和該油膜面積S計算出油膜的厚度,即油酸分子的直徑2.除了一些有機物質的大分子外,多數(shù)分子大小的數(shù)量級約為10-10m。

自我檢測1.正誤判斷,判斷結果為錯誤的小題請說明原因。(1)當忽略分子之間的空隙時,油酸分子的直徑才等于油膜厚度。(

)答案

√(2)1滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積V等于油酸酒精溶液的體積除以總滴數(shù)。(

)答案

×解析

1滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積V等于油酸酒精溶液的體積除以總滴數(shù)再乘以溶液的濃度。(3)在玻璃板上畫油膜輪廓時,視線應垂直玻璃板面。(

)答案

√(4)計算油膜輪廓內正方形個數(shù)時,只要不足一個都應舍去。(

)答案

×解析

計算油膜輪廓內正方形個數(shù)時,應遵循“不足半個的舍去,多于半個的算一個”的互補原則。(5)油膜的面積等于正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積。(

)答案

√(6)多數(shù)分子直徑的數(shù)量級為10-10m。(

)答案

√2.(多選)關于分子,下列說法中正確的是(

)A.分子的形狀要么是球形,要么是立方體B.所有分子的直徑都相同C.不同分子的直徑一般不同,但數(shù)量級基本一致D.測定分子大小的方法有多種,油膜法只是其中一種方法答案

CD解析

實際上,分子的結構非常復雜,它的形狀并不真的都是球形或立方體,分子的直徑不可能都相同,測定分子大小的方法有許多種,盡管用不同方法測出的結果有差異,但數(shù)量級基本是一致的,故選項A、B錯誤,C、D正確。3.(多選)“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗基礎是(

)A.把油酸分子視為球體模型,其直徑即油膜的厚度B.讓油酸在水面上充分散開,形成單分子油膜層C.油酸分子的直徑等于滴到水面上的油酸體積除以油膜的面積D.油酸分子直徑的數(shù)量級是10-15m答案

ABC解析

油酸分子可視為球體模型,油膜的厚度可看成分子直徑,油酸分子可看成一個緊挨著一個排列,油滴擴展為油膜時體積不變,即V=Sd。分子直徑的數(shù)量級約為10-10

m,故A、B、C正確,D錯誤。課堂篇探究學習探究一實驗原理及操作情境探究1.生活中,我們經常遇見這樣一種現(xiàn)象,很少量的油不小心灑在水面上,將擴散很大的面積。結合油膜法測分子直徑的實驗,想一下為什么不能用純油酸而是用油酸酒精溶液。要點提示

如果往水面上直接滴一滴純油酸,那么它在水面上形成單分子油膜所需液面面積太大,實驗室中很難提供這么大的容器,即使能提供,做起實驗來也不方便。所以本實驗中采取用酒精對油酸進行稀釋的辦法來獲取更小體積的純油酸,這樣做更有利于油酸在水面上形成單分子油膜層。2.實驗中為什么在水面上撒爽身粉?要點提示

撒爽身粉是為了方便觀察、描繪所形成油膜的輪廓。知識歸納油膜法估測分子大小的實驗步驟(1)配溶液:配制一定濃度的油酸酒精溶液。(2)數(shù)滴數(shù):用注射器取一定體積的油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入燒杯中,記下總滴數(shù),求出一滴溶液的體積。(3)求體積:根據(jù)溶液的濃度算出一滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積V。(4)撒勻粉:用淺盤裝入2cm深的水,然后將爽身粉均勻地撒在水面上。(5)描輪廓:將一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上,用彩筆將薄膜的輪廓描繪在玻璃板上。(6)數(shù)格數(shù):數(shù)出輪廓內小正方形的個數(shù)(不足半個的舍去,多于半個的算一個),再根據(jù)小正方形的面積求出油膜的面積S。(7)算直徑:根據(jù)公式d=,求出油膜的厚度,即為油酸分子的直徑。實例引導例1(1)如圖所示反映“用油膜法估測分子的大小”實驗中的4個步驟,將它們按操作先后順序排列應是

(用符號表示,且已知d在最前)。

(2)在“用油膜法估測分子大小”的實驗中,已知實驗室中使用的油酸酒精溶液的體積濃度為A,又用滴管測得N滴這種油酸酒精溶液的總體積為V,將一滴這種溶液滴在淺盤中的水面上,在玻璃板上描出油膜的邊界線,再把玻璃板放在畫有邊長為a的正方形小格的紙上,如圖所示,測得油膜占有的小正方形個數(shù)為x。①用以上字母表示油酸分子直徑的大小d=

;

②從圖中數(shù)得油膜占有的小正方形個數(shù)為x=

。

答案

(1)dacb解析

(1)“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗步驟為:配制油酸酒精溶液→測定一滴油酸酒精溶液所含純油酸的體積→準備淺水盤→形成油膜→描繪油膜輪廓→測量油膜面積→計算油酸分子直徑。因此按操作先后順序排列是dacb。②超過半個的算一個,不足半個的舍去,從圖中可以數(shù)出小正方形的有效個數(shù)為110。規(guī)律方法

油膜法估測分子大小中的兩測一算(1)測量一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積。(2)測量單分子油膜層的面積。(3)估算油酸分子的直徑。變式訓練1(2020重慶月考)用油膜法估測分子大小的實驗步驟如下:①向體積為V1的純油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液總體積為V2;②用注射器吸取上述溶液,一滴一滴地滴入小量筒,當?shù)稳雗滴時體積為V0;③往邊長為40cm的淺盤里倒入2cm深的水;④用注射器往水面上滴一滴上述溶液,等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將事先準備好的玻璃板放在淺盤上,并在玻璃板上描出油酸薄膜的形狀;⑤將畫有油酸薄膜輪廓形狀的玻璃板,放在畫有邊長為a的小正方形的坐標紙上;⑥計算出輪廓范圍內正方形的總數(shù)為N,其中不足半個的兩個算一個,多于半個的算一個。上述實驗步驟中有遺漏和錯誤,遺漏的步驟是

;錯誤的步驟是

(指明步驟,并改正),油酸分子直徑的表達式d=

。

答案

見解析

解析

由實驗步驟可知,缺少的實驗步驟是將爽身粉均勻撒在水面上,應在步驟③后加上。錯誤的是步驟⑥,應該改為:計算出輪廓范圍內正方形的總數(shù)為N,其中不足半個的舍去,多于半個的算一個。一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積探究二數(shù)據(jù)處理及誤差分析情境探究在“用油膜法估測分子的大小”的實驗中,現(xiàn)有按油酸與酒精體積比為n∶m配制好的油酸酒精溶液,還有一個盛有約2cm深水的淺盤,一支滴管,一個量筒。①用滴管向量筒內加注N滴油酸酒精溶液,其體積為V。再用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤,待油酸薄膜穩(wěn)定后,將薄膜輪廓描繪在坐標紙上,如圖所示。已知坐標紙上每個小方格面積為S,則油膜面積為

(填寫S的整數(shù)倍)。

②估算油酸分子直徑的表達式為d=

。

要點提示

①求油膜面積時,半個以上方格面積記為S,不足半個舍去,數(shù)出總格數(shù)是8,故面積為8S;1.數(shù)據(jù)處理在實驗中由d=計算分子直徑,V是經過換算后一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積,各物理量的計算方法如下:(1)一滴油酸酒精溶液的體積V'=

(N為滴數(shù),VN為N滴油酸酒精溶液的體積)。(2)一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積V=η×V'(η為油酸的體積濃度)。(3)油酸薄膜的面積S=na2(n為小正方形的有效個數(shù),a為小正方形的邊長)。知識歸納2.誤差分析(1)油酸酒精溶液配制后長時間放置,酒精的揮發(fā)會導致溶液的濃度改變,從而給實驗帶來較大的誤差。(2)利用量筒測量油酸酒精溶液的體積時,沒有使用正確的觀察方法而產生誤差。(3)油滴的體積過大,同時水面面積過小,不能形成單分子油膜層。(4)描繪油膜形狀的畫線誤差。(5)利用小正方形個數(shù)計算輪廓的面積時,輪廓的不規(guī)則性容易帶來誤差。(6)不考慮油酸分子的空隙計算分子直徑的誤差。實例引導例2“用油膜法估測分子的大小”的實驗方法及步驟如下:①向體積V油=1mL的油酸中加酒精,直至總量達到V總=500mL;②用注射器吸?、僦信渲坪玫挠退峋凭芤?把它一滴一滴地滴入小量筒中,當?shù)稳雗=100滴時,測得其體積恰好是V0=1mL;③先往邊長為30~40cm的淺盤里倒入2cm深的水,然后將爽身粉均勻地撒在水面上;④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將事先準備好的玻璃板放在淺盤上,并在玻璃板上描下油酸膜的輪廓;⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,如圖所示,數(shù)出輪廓范圍內小方格的個數(shù)N,小方格的邊長a=20mm。根據(jù)以上信息,回答下列問題:(1)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V'為

mL;油酸薄膜的面積S約為

mm2;由此可知,油酸分子的直徑d約為

。(結果均保留兩位有效數(shù)字)

(2)(多選)某同學在用油膜法估測分子的大小實驗中,計算結果明顯偏大,可能是由于

。

A.粉末太薄使油酸邊界不清,導致油膜面積測量值偏大B.粉末太厚導致油酸未完全散開C.計算油膜面積時舍去了所有不足一格的方格D.計算每滴油酸酒精溶液的體積時,1mL的溶液滴數(shù)多數(shù)了幾滴答案

(1)2.0×10-5

4.4×104

4.2~4.6×10-10m

(2)BC數(shù)出輪廓范圍內小方格的個數(shù)N=111,油酸薄膜的面積S=111×202

mm2=4.4×104

mm2規(guī)律方法

油膜法估測分子大小的三步(1)首先要按比例關系計算出純油酸的體積V。若油酸酒精溶液的體積濃度為η,n滴該溶液的體積為V1,則一滴該溶液中含有純油酸的體積V=η。(2)其次采用“互補法”(不足半個的舍去,多于半個的算一個)計算出油膜的面積S。(3)最后利用公式d=求出分子的直徑,注意單位要統(tǒng)一。變式訓練2在“油膜法估測分子大小”的實驗中,所用的油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸0.6mL,用注射器測得1mL上述溶液為80滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內,讓油膜在水面上盡可能散開,測得油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示,圖中正方形方格的邊長為1cm。(1)實驗中為什么要讓油膜盡可能散開?(2)實驗測出油酸分子的直徑是多少?(結果保留兩位有效數(shù)字)(3)如果已知體積為V的一滴油在水面上散開形成的單分子油膜的面積為S,這種油的密度為ρ,摩爾質量為M,試寫出阿伏加德羅常數(shù)的表達式。答案

(1)為了形成單分子油膜(2)6.3×10-10m(6.2×10-10~6.4×10-10m都對)解析

(1)為使油膜在水面上形成單分子油膜。(2)由題圖可知油膜覆蓋方格數(shù)約為120個,設油酸分子的直徑為d,隨堂檢測1.把體積為V1(mL)的油酸倒入適量的酒精中,稀釋成體積為V2(mL)的油酸酒精溶液,測出1mL油酸酒精溶液共有N滴;取一滴溶液滴入水中,最終在水中形成面積為S(cm2)的單分子油膜,則該油酸分子的直徑大約為(

)答案

D2.利用油膜法估測油酸分子的直徑,實驗器材有:濃度為0.05%(體積分數(shù))的油酸酒精溶液、分度值為0.1mL的量筒、盛有適量清水的45×40cm2的淺盤、爽身粉、橡皮頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標紙。(1)下面是實驗步驟,請?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