2．實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小第一章

分子動(dòng)理論[實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)]

1．會(huì)用單分子油膜法估算分子的直徑，運(yùn)用理想化方法，建立液體分子的球形模型。2．培養(yǎng)物理學(xué)中的估測(cè)能力。3．經(jīng)歷并體會(huì)利用宏觀量來計(jì)算微觀量的思想方法。必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成類型一實(shí)驗(yàn)原理與操作【典例1】

(1)在做“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，已經(jīng)準(zhǔn)備的器材有：油酸酒精溶液、滴管、淺盤和水、玻璃板(不帶坐標(biāo)方格)、爽身粉、彩筆，要完成本實(shí)驗(yàn)，還缺少的器材有_____________。量筒、坐標(biāo)紙(2)在“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，在哪些方面做了理想化的假設(shè)___________________________________________________________________。在將油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均勻撒些爽身粉，這樣做是為了___________________________________。

將油膜看成單分子膜，將油酸分子看成球形，將分子看成是緊挨在一起的使油膜邊界清晰，便于描繪油膜形狀(3)下面4個(gè)圖反映“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”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________(用字母表示)。dacb

(4)在做“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”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c，又用滴管測(cè)得每N滴這種油酸酒精溶液的總體積為V0，將一滴這種溶液滴在淺盤中撒有爽身粉的水面上，在玻璃板上描出油膜的邊界線，再把玻璃板放在畫有邊長(zhǎng)為a的正方形小格的紙上(如圖所示)，測(cè)得油膜占有的小正方形個(gè)數(shù)為X。①每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積的表達(dá)式V＝________。②油膜的面積表達(dá)式S＝________，從圖中可數(shù)出小正方形的有效個(gè)數(shù)X＝________。③用以上字母表示油酸分子的直徑d＝_______。

Xa2

55

[解析]

(1)在本實(shí)驗(yàn)中，要用量筒和滴管測(cè)量一滴油酸酒精溶液的體積；用數(shù)格子的方法得出油膜面積，故需要坐標(biāo)紙。(2)在“用油膜法估測(cè)油酸分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，一般將油膜看成單分子膜，將油酸分子看成球形，將油酸分子看成是緊挨在一起的；在滴入溶液之前，要先在水面上均勻地撒上爽身粉，這樣做的目的是使油膜邊界清晰，便于描繪油膜形狀。(3)用“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)步驟為配制油酸酒精溶液→測(cè)定一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積→準(zhǔn)備淺水盤→滴入油酸酒精溶液，形成油膜→描繪油膜邊緣→測(cè)量油膜面積→計(jì)算分子直徑。因此操作先后順序排列應(yīng)是dacb。

類型二數(shù)據(jù)處理和誤差分析【典例2】

(1)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入標(biāo)注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的油酸酒精溶液。然后用滴管吸取這種溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面正好達(dá)到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有爽身粉的盛水淺盤中滴下2滴溶液，在水面上形成油酸薄膜，待油膜形狀穩(wěn)定后，將帶有正方形坐標(biāo)格的玻璃板放在淺盤上，用筆畫出油膜形狀，如圖甲所示。坐標(biāo)格的每個(gè)小正方形大小為2cm×2cm。由圖甲可以估算出油膜的面積是________cm2，由此估算出油酸分子的直徑是________m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。(2)圖乙是用掃描隧道顯微鏡拍下的一個(gè)“量子圍欄”的照片。這個(gè)“量子圍欄”是由48個(gè)鐵原子在銅的表面排列成直徑為1.4×10-8m的圓周而組成的，由此可以算出鐵原子的直徑約為________m(π取3.14，結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。256

8×10-10

9×10-10(3)做“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)時(shí)，四個(gè)同學(xué)都有一個(gè)操作錯(cuò)誤，其中導(dǎo)致最后所測(cè)分子直徑偏大的是________。A．甲同學(xué)在配制油酸酒精溶液時(shí)，不小心把酒精倒多了一點(diǎn)，導(dǎo)致油酸酒精溶液的實(shí)際濃度比計(jì)算值小了B．乙同學(xué)用注射器和量筒測(cè)得58滴油酸酒精溶液的體積為1mL，但卻不小心錯(cuò)記錄為57滴C．丙同學(xué)在計(jì)算完注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的體積后，不小心拿錯(cuò)了一個(gè)注射器取溶液滴在水面上，這個(gè)拿錯(cuò)的注射器的針管比原來的粗D．丁同學(xué)計(jì)算油膜面積時(shí)，把所有不足半格的格子都算成了一格AB

應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)243題號(hào)11．某實(shí)驗(yàn)小組完成用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)。(1)該小組進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)操作，請(qǐng)選出需要的實(shí)驗(yàn)操作，并將它們按操作先后順序排列：D、_____________(用字母符號(hào)表示)。A

B

CD

E

FB、F、E、C(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，滴下油酸酒精溶液后，爽身粉迅速散開形成如圖所示的“鋸齒”邊沿圖案，出現(xiàn)該圖樣的可能原因是________。A．淺盤中裝的水量太多B．爽身粉撒得太多，且厚度不均勻C．淺盤太小，導(dǎo)致油酸無法形成單分子層243題號(hào)1B[解析]

(1)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟為用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出1滴油酸酒精溶液的體積；往淺盤里倒入約2cm深的水，水面穩(wěn)定后將適量爽身粉均勻撒在水面上；用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴1滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定；將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上；將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大小，則排列順序?yàn)镈、B、F、E、C。(2)出現(xiàn)該圖樣的可能原因是爽身粉撒得太多，且厚度不均勻，導(dǎo)致油酸沒有均勻散開，故選B。243題號(hào)123題號(hào)142．在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中：(1)本實(shí)驗(yàn)中做了三點(diǎn)理想化假設(shè)：將油酸分子視為球形；_______________________；油酸分子是緊挨在一起的。(2)配置油酸酒精溶液時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸5mL，用注射器測(cè)得0.5mL上述溶液有100滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的淺盤里，描得油酸膜的近似輪廓如圖甲所示，圖中正方形小方格的邊長(zhǎng)為2cm，則估測(cè)出油酸分子的直徑是____________m(此結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。油酸分子形成單層分子膜1.0×10-9

23題號(hào)14(3)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了如圖乙所示的油膜，如果按此油膜來計(jì)算分子直徑，你認(rèn)為測(cè)量結(jié)果相對(duì)真實(shí)值會(huì)________(選填“偏大”“偏小”或“無系統(tǒng)誤差”)。偏大23題號(hào)14

23題號(hào)413．在一次“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：①往淺盆里倒入適量的水，待水面穩(wěn)定后將適量的爽身粉均勻地撒在水面上。②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形狀穩(wěn)定。③將玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，從而估算出油酸分子直徑的大小。23題號(hào)41④將6mL的油酸溶于酒精中制成104ml的油酸酒精溶液，用注射器將溶液一滴一滴的滴入量筒中，每滴入75滴，量筒內(nèi)的溶液增加1mL。⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。(1)上述步驟中，正確的順序是____________。(2)若將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，這滴溶液中含有純油酸體積為V，形成面積為S的油酸薄膜，則由此可估測(cè)油酸分子的直徑為________。④①②⑤③

23題號(hào)41(3)本實(shí)驗(yàn)中做了三點(diǎn)理想化假設(shè)：①將油酸分子視為球形；②將油膜看成單分子層；③油酸分子是緊挨在一起的。做完實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)所測(cè)的分子直徑d明顯偏大，出現(xiàn)這種情況的原因可能是________。A．水面上爽身粉撒得太多，油膜沒有充分展開B．將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算C．求每滴溶液體積時(shí)，1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴D．油酸酒精溶液久置，酒精揮發(fā)使溶液的濃度發(fā)生了變化AB23題號(hào)41

23題號(hào)41(3)水面上爽身粉撒得太多，油膜沒有充分展開，則測(cè)量的面積S偏小，導(dǎo)致結(jié)果計(jì)算偏大，故A正確；將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進(jìn)行計(jì)算，則計(jì)算所用體積數(shù)值偏大，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大，故B正確；求每滴溶液體積時(shí)，1mL的溶液的滴數(shù)多計(jì)了10滴，則測(cè)量的純油酸體積偏小，導(dǎo)致結(jié)果計(jì)算偏小，故C錯(cuò)誤；油酸酒精溶液久置，酒精揮發(fā)使溶液的濃度變大，導(dǎo)致油酸薄膜的面積增大，則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小，故D錯(cuò)誤。故選AB。243題號(hào)14．在用“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中：(1)取0.1mL純油酸配制成250mL油酸酒精溶液，用注射器針頭把該溶液逐滴滴入量筒，直到量筒達(dá)到1.0mL為止，恰好共滴了100滴。則1滴該溶液中含有的純油酸體積為________m3。(2)甲、乙、丙、丁四位同學(xué)分別在四個(gè)實(shí)驗(yàn)小組做實(shí)驗(yàn)，但都存在操作錯(cuò)誤或不規(guī)范現(xiàn)象。A．甲在配制油酸酒精溶液時(shí)，不小心把酒精倒多了一點(diǎn)，導(dǎo)致油酸酒精溶液的實(shí)際濃度比計(jì)算值小一些。則這樣測(cè)得的分子直徑比實(shí)際值偏______。4×10-12大243題號(hào)1B．乙在計(jì)算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液體積后，不小心拿錯(cuò)了一個(gè)注射器把溶液滴在水面上，這個(gè)拿錯(cuò)的注射器的針頭比原來的粗，每滴油酸酒精溶液的體