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

高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI2.實(shí)驗(yàn):用油膜法估測油酸分子的大小第一章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.會用單分子油膜法估算分子的直徑,運(yùn)用理想化方法,建立物質(zhì)分子的球體模型。(科學(xué)探究)2.培養(yǎng)在物理學(xué)中的估算能力。(科學(xué)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(xué)思維)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)必備知識一、實(shí)驗(yàn)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(gòu)建模型盡管油酸分子有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和形狀,分子間也存在著間隙,但在估測其大小時(shí),可以把它簡化為球形處理,并認(rèn)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(dāng)于分子的直徑。二、實(shí)驗(yàn)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(xì)石膏粉)、注射器、燒杯、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)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(jì)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(zhǔn)備好的帶有坐標(biāo)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(biāo)方格,計(jì)算輪廓范圍內(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)。(5)把正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)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(jì)算出油膜的厚度,即油酸分子的直徑2.除了一些有機(jī)物質(zhì)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(jié)果為錯(cuò)誤的小題請說明原因。(1)當(dāng)忽略分子之間的空隙時(shí),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(shí),視線應(yīng)垂直玻璃板面。(

)答案

√(4)計(jì)算油膜輪廓內(nèi)正方形個(gè)數(shù)時(shí),只要不足一個(gè)都應(yīng)舍去。(

)答案

×解析

計(jì)算油膜輪廓內(nèi)正方形個(gè)數(shù)時(shí),應(yīng)遵循“不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)”的互補(bǔ)原則。(5)油膜的面積等于正方形的個(gè)數(shù)乘單個(gè)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(guān)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(shí)際上,分子的結(jié)構(gòu)非常復(fù)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(jié)果有差異,但數(shù)量級基本是一致的,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C、D正確。3.(多選)“用油膜法估測油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(gè)緊挨著一個(gè)排列,油滴擴(kuò)展為油膜時(shí)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(cuò)誤。課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一實(shí)驗(yàn)原理及操作情境探究1.生活中,我們經(jīng)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(kuò)散很大的面積。結(jié)合油膜法測分子直徑的實(shí)驗(yàn),想一下為什么不能用純油酸而是用油酸酒精溶液。要點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室中很難提供這么大的容器,即使能提供,做起實(shí)驗(yàn)來也不方便。所以本實(shí)驗(yàn)中采取用酒精對油酸進(jìn)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(shí)驗(yàn)中為什么在水面上撒爽身粉?要點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)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(nèi)小正方形的個(gè)數(shù)(不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)),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(shí)例引導(dǎo)例1(1)如圖所示反映“用油膜法估測分子的大小”實(shí)驗(yàn)中的4個(gè)步驟,將它們按操作先后順序排列應(yīng)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(shí)驗(yàn)中,已知實(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(zhǔn)備淺水盤→形成油膜→描繪油膜輪廓→測量油膜面積→計(jì)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(gè)的算一個(gè),不足半個(gè)的舍去,從圖中可以數(shù)出小正方形的有效個(gè)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(xùn)練1(2020重慶月考)用油膜法估測分子大小的實(shí)驗(yàn)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(dāng)?shù)稳雗滴時(shí)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(zhǔn)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(biāo)紙上;⑥計(jì)算出輪廓范圍內(nèi)正方形的總數(shù)為N,其中不足半個(gè)的兩個(gè)算一個(gè),多于半個(gè)的算一個(gè)。上述實(shí)驗(yàn)步驟中有遺漏和錯(cuò)誤,遺漏的步驟是

;錯(cuò)誤的步驟是

(指明步驟,并改正),油酸分子直徑的表達(dá)式d=

。

答案

見解析

解析

由實(shí)驗(yàn)步驟可知,缺少的實(shí)驗(yàn)步驟是將爽身粉均勻撒在水面上,應(yīng)在步驟③后加上。錯(cuò)誤的是步驟⑥,應(yīng)該改為:計(jì)算出輪廓范圍內(nèi)正方形的總數(shù)為N,其中不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)。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(shí)驗(yàn)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(gè)盛有約2cm深水的淺盤,一支滴管,一個(gè)量筒。①用滴管向量筒內(nèi)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(biāo)紙上,如圖所示。已知坐標(biāo)紙上每個(gè)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(dá)式為d=

。

要點(diǎn)提示

①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,數(shù)出總格數(shù)是8,故面積為8S;1.數(shù)據(jù)處理在實(shí)驗(yàn)中由d=計(jì)算分子直徑,V是經(jīng)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(jì)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(gè)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(shí)間放置,酒精的揮發(fā)會導(dǎo)致溶液的濃度改變,從而給實(shí)驗(yàn)帶來較大的誤差。(2)利用量筒測量油酸酒精溶液的體積時(shí),沒有使用正確的觀察方法而產(chǎn)生誤差。(3)油滴的體積過大,同時(shí)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(gè)數(shù)計(jì)算輪廓的面積時(shí),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(jì)算分子直徑的誤差。實(shí)例引導(dǎo)例2“用油膜法估測分子的大小”的實(shí)驗(yàn)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(dá)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(dāng)?shù)稳雗=100滴時(shí),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(zhǔn)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(biāo)紙上,如圖所示,數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個(gè)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(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

(2)(多選)某同學(xué)在用油膜法估測分子的大小實(shí)驗(yàn)中,計(jì)算結(jié)果明顯偏大,可能是由于

。

A.粉末太薄使油酸邊界不清,導(dǎo)致油膜面積測量值偏大B.粉末太厚導(dǎo)致油酸未完全散開C.計(jì)算油膜面積時(shí)舍去了所有不足一格的方格D.計(jì)算每滴油酸酒精溶液的體積時(shí),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(nèi)小方格的個(gè)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(guān)系計(jì)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(bǔ)法”(不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè))計(jì)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(xùn)練2在“油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)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(nèi),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(shí)驗(yàn)中為什么要讓油膜盡可能散開?(2)實(shí)驗(yàn)測出油酸分子的直徑是多少?(結(jié)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(zhì)量為M,試寫出阿伏加德羅常數(shù)的表達(dá)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(gè),設(shè)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(shí)驗(yàn)器材有:濃度為0.05%(體積分?jǐn)?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(biāo)紙。(1)下面是實(shí)驗(yàn)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