2018-2019版高中物理 第一章 分子動(dòng)理論 2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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2學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道用油膜法估測(cè)分子大小的原理，并能進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算.2.體會(huì)通過(guò)測(cè)量宏觀量估算微觀量的方法一、實(shí)驗(yàn)原理把一滴油酸(事先測(cè)出其體積V)滴在水面上，油酸在水面上形成油酸薄膜，將其認(rèn)為是單分子層，且把分子看成球形油膜的厚度就是油酸分子的直徑D，測(cè)出油膜面積S，則油酸分子直徑D.二、實(shí)驗(yàn)器材配制好的一定濃度的油酸酒精溶液、淺盤(pán)、痱子粉(或滑石粉)、注射器、量筒、玻璃板、細(xì)彩筆、坐標(biāo)紙、水三、實(shí)驗(yàn)步驟1用注射器取出按一定比例配制好的油酸酒精溶液，緩緩?fù)苿?dòng)活塞，使溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)增加一定體積V1時(shí)的滴數(shù)n，算出一滴油酸酒精溶液的體積V.再根據(jù)油酸酒精溶液中油酸的濃度，算出一滴油酸酒精溶液中的純油酸體積VV.2在水平放置的淺盤(pán)中倒入約2cm深的水，然后將痱子粉(或滑石粉)均勻地撒在水面上，再用注射器將配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上3待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準(zhǔn)備好的玻璃板平放到淺盤(pán)上，然后用細(xì)彩筆將油酸膜的形狀畫(huà)在玻璃板上4將畫(huà)有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油膜的面積S(以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓范圍內(nèi)的正方形個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))5根據(jù)測(cè)出的一滴油酸酒精溶液里油酸的體積V和油酸薄膜的面積S，求出油膜的厚度D，則D可看做油酸分子的直徑，即D.四、數(shù)據(jù)處理1將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖1所示，算出油酸薄膜的面積S.圖12由“步驟1”中的數(shù)據(jù)計(jì)算出每滴油酸酒精溶液體積的平均值，再由油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，根據(jù)一滴油酸的體積V和薄膜的面積S即可算出油酸薄膜的厚度D，即油酸分子的大小五、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)前，必須將所有的實(shí)驗(yàn)用具擦洗干凈，實(shí)驗(yàn)時(shí)，吸取油酸、酒精和溶液的注射器要分別專用，不能混用，否則會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差2痱子粉(或滑石粉)和油酸的用量都不可太大，否則不易成功3油酸酒精溶液的濃度以小于0.1%為宜不宜長(zhǎng)時(shí)間放置4淺盤(pán)中的水離盤(pán)口面的距離應(yīng)較小，并要水平放置，以便準(zhǔn)確地畫(huà)出薄膜的形狀，畫(huà)線時(shí)視線應(yīng)與板面垂直5在水面撒痱子粉(或滑石粉)后，不要再觸動(dòng)盤(pán)中的水6利用坐標(biāo)紙求油膜面積時(shí)，以邊長(zhǎng)1cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半格的舍去，多于半格的算一個(gè)六、誤差分析用油膜法估測(cè)分子直徑，實(shí)驗(yàn)誤差通常來(lái)自三個(gè)方面(1)不能形成單分子油膜(2)油滴的體積V的測(cè)量產(chǎn)生誤差(3)計(jì)算油膜的面積S有誤差即學(xué)即用根據(jù)實(shí)驗(yàn)“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”，判斷下列說(shuō)法的正誤(1)用注射器向量筒里逐滴滴入配制好的溶液至1mL，記下滴數(shù)n，則1滴溶液含純油酸的體積VmL.()(2)為了更精確地測(cè)出油膜的面積，應(yīng)用牙簽把水面上的油膜撥弄成矩形()(3)若撒入水中的痱子粉太多，會(huì)使油酸未完全散開(kāi)，從而使測(cè)出的分子直徑偏小()(4)若滴在水面的油酸酒精溶液體積為V，鋪開(kāi)的油膜面積為S，則可估算出油酸分子直徑為.()(5)在玻璃板上描出的油膜輪廓如圖2所示已知坐標(biāo)紙的小方格為邊長(zhǎng)為1cm的正方形，則油膜的面積約為72cm2.()圖2一、實(shí)驗(yàn)原理及步驟例1在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，以下給出的是可能的操作步驟，把你認(rèn)為正確的步驟前的字母按合理的順序填寫(xiě)在橫線上_，并補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟D的計(jì)算式A將畫(huà)有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)1cm的正方形為單位，計(jì)算出輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)n.B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C用淺盤(pán)裝入約2cm深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上D用測(cè)量的物理量估算出油酸分子的直徑D_.E用滴管將事先配好的體積濃度為0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，記下滴入的溶液體積V0與滴數(shù)N.F將玻璃板平放在淺盤(pán)上，用彩筆將薄膜的外圍形狀描畫(huà)在玻璃板上答案ECBFAD解析根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟可知合理的順序?yàn)镋CBFAD.一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為0.05%，Sn104m2所以分子的直徑D0.05%.例2(多選)油膜法粗略測(cè)定分子直徑的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是()A把油酸分子視為球形，其直徑即為油膜的厚度B讓油酸在水面上充分散開(kāi)，形成單分子油膜C油酸分子的直徑等于滴到水面上的油酸酒精溶液的體積除以油膜的面積D油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)是1015m答案AB解析油酸在水面上形成單分子油膜，將油酸分子視為球形，其分子直徑即為膜的厚度，它等于滴在水面上的純油酸的體積除以油膜的面積，而酒精溶于水或揮發(fā)掉，故A、B對(duì)，C錯(cuò)，油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)為1010m，故D錯(cuò)二、實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理例3在做“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，104mL油酸酒精溶液中有純油酸6mL.用注射器測(cè)得1mL上述溶液中有50滴把1滴該溶液滴入撒有痱子粉的盛水的淺盤(pán)里，待油膜形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤(pán)上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，然后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖3所示，坐標(biāo)紙中正方形小方格的邊長(zhǎng)為20mm.圖3(1)油膜的面積是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估算出油酸分子的直徑答案(1)2.32102m2(2)1.21011m3(3)5.21010m解析(1)數(shù)出在油膜輪廓范圍內(nèi)的格子數(shù)(面積大于半個(gè)方格的算一個(gè)，不足半個(gè)方格的舍去不算)為58個(gè)，油膜面積約為S58(0.02)2m22.32102m2.(2)因?yàn)?0滴油酸酒精溶液的體積為1mL，且能求出溶液中含純油酸的濃度為6104，故每滴油酸酒精溶液中含純油酸的體積為V06104mL1.21011m3.(3)把油膜的厚度視為油酸分子的直徑，可估算出油酸分子的直徑為Dm5.21010m.1純油酸體積V的計(jì)算若油酸酒精溶液的濃度為，n滴該溶液的體積為V1，則一滴該溶液中的油酸體積V.2油膜面積S的計(jì)算用數(shù)格子法(不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè))求出油膜面積1(實(shí)驗(yàn)原理)利用油膜法估測(cè)油酸分子的直徑，需要測(cè)量的物理量是()A一滴油酸酒精溶液中純油酸的質(zhì)量和它的密度B一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它的密度C一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它散成油膜的面積D所形成油膜的厚度和它的密度答案C解析用油膜法估測(cè)油酸分子直徑時(shí)，所用的計(jì)算公式是D，式中V、S分別表示一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和它散成單分子油膜的面積2(實(shí)驗(yàn)誤差分析)為了減小“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)的誤差，下列方法可行的是()A用注射器取1mL配制好的油酸酒精溶液，共可滴N滴，則每滴中含有油酸mLB把淺盤(pán)水平放置，在淺盤(pán)里倒入約2cm深的水C先在淺盤(pán)中撒些痱子粉，再用注射器在水面上多滴幾滴油酸酒精溶液D用牙簽把水面上的油膜盡量撥弄成矩形答案B解析mL是一滴油酸酒精溶液的體積，乘以其中油酸的濃度才是純油酸的體積，A項(xiàng)錯(cuò)；B項(xiàng)的做法是正確的；多滴幾滴能夠使測(cè)量形成油膜的油酸體積更精確些，但多滴以后會(huì)使油膜面積增大，可能使油膜這個(gè)不規(guī)則形狀的一部分與淺盤(pán)的壁相接觸，這樣就不是單分子油膜了，故C項(xiàng)錯(cuò)；D項(xiàng)中的做法沒(méi)有必要，并且牙簽上沾有油酸，會(huì)使油酸體積測(cè)量誤差增大3(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，用注射器將一滴油酸酒精溶液滴入撒有痱子粉的盛水的淺盤(pán)里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤(pán)上，在玻璃板上描出油膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀如圖4所示，坐標(biāo)紙上正方形小方格的邊長(zhǎng)為10mm，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4106mL，則油酸分子的直徑是_m(上述結(jié)果均保留一位有效數(shù)字) 圖4答案810351010解析由于小方格的個(gè)數(shù)為80個(gè)，故油酸膜的面積是S80100106m28103m2；Dm51010m.4(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理)將1mL的純油酸配成500mL的油酸酒精溶液，待油酸均勻溶解后，用滴管取1mL油酸酒精溶液，讓其自然滴出，共200滴，則每滴油酸酒精溶液的體積為_(kāi)mL.現(xiàn)在將一滴油酸酒精溶液滴到撒有痱子粉的盛水的淺盤(pán)內(nèi)，待油膜充分展開(kāi)后，測(cè)得油膜的面積為200cm2，則估算油酸分子的直徑是_m(保留一位有效數(shù)字)答案0.00551010解析1mL的純油酸配成500mL的油酸酒精溶液，溶液的體積百分比濃度是，一滴溶液的體積是VmL0.005mL，一滴溶液所含油酸的體積V00.005mL1011m3，所以油酸分子的直徑Dm51010m.一、選擇題1(多選)用油膜法估測(cè)油酸分子的大小時(shí)，采用的理想化條件是()A把在水面上盡可能充分散開(kāi)的油膜視為單分子油膜B把形成單分子油膜的分子看作緊密排列的球形分子C把油膜視為單分子油膜，但需考慮分子間隙D將單分子視為立方體模型答案AB解析由用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)可知，將含有純油酸體積為V的油酸酒精溶液滴在水面上，形成面積為S的油膜，由此可以估算出油酸分子的直徑為D，這顯然是將油膜視為單分子層，將油酸分子視為球形且認(rèn)為分子是緊密排列的，故選A、B.2用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的是()A將純油酸直接滴在水面上B向量筒中滴100滴調(diào)制好的油酸酒精溶液，讀出其體積C用試管向水面倒油酸酒精溶液少許D計(jì)算油膜面積時(shí)，凡是占到方格的一部分的都計(jì)入方格的總數(shù)答案B解析油酸應(yīng)先稀釋成油酸酒精溶液，然后取一滴溶液滴在淺盤(pán)里，目的是形成單分子油膜，故A、C錯(cuò)誤，B正確；計(jì)算油膜面積時(shí)應(yīng)把占到方格一半以上的作為一個(gè)，少于半個(gè)的舍去，故D錯(cuò)誤3用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)中，下列操作錯(cuò)誤的有()A油酸酒精溶液的濃度以小于為宜B注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1m以上C從盤(pán)的中央加痱子粉，待痱子粉均勻分布后加入油酸酒精溶液D用數(shù)格子法計(jì)算油膜面積時(shí)，不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)答案B解析注射器針頭高出水面的高度應(yīng)在1cm之內(nèi)，B項(xiàng)錯(cuò)誤4用油膜法估測(cè)油酸分子的大小的實(shí)驗(yàn)中，體積為V的油酸，在水面上形成近似圓形的單分子油膜，油膜直徑為D，則油酸分子直徑大小約為()A.B.C.D.答案A解析油膜的面積為SD2，所以油酸分子直徑為D，故選A.5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(cè)出1mL油酸酒精溶液共有N滴；取一滴溶液滴入撒有痱子粉的水中，最終在水中形成面積為S(cm2)的單分子層油膜，則該油酸分子的直徑大約為()A.mB.mC.cmD.cm答案D解析一滴溶液中純油酸的體積V，由D得D(單位為cm)6某同學(xué)在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算結(jié)果明顯偏大，可能是由于()A油酸未完全散開(kāi)B油酸中含有大量的酒精C計(jì)算油膜面積時(shí)不足1格的全部按1格計(jì)算D求每滴溶液的體積時(shí)，1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴答案A解析油酸分子直徑D.計(jì)算結(jié)果明顯偏大，可能是V取大了或S取小了油酸未完全散開(kāi)，所測(cè)S偏小，D偏大，A正確；油酸中含有大量的酒精，不影響結(jié)果，B錯(cuò)誤；若計(jì)算油膜面積時(shí)不足1格的全部按1格計(jì)算，會(huì)使S變大，D變小，C錯(cuò)誤；若求每滴溶液的體積時(shí)，1mL的溶液的滴數(shù)多記了10滴，會(huì)使V變小，D變小，D錯(cuò)誤二、非選擇題7在“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，(1)某同學(xué)操作步驟如下：取一定量的無(wú)水酒精和油酸，配制成一定濃度的油酸酒精溶液；在量筒中滴入一滴該溶液，測(cè)出它的體積；在淺盤(pán)內(nèi)盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開(kāi)穩(wěn)定；在淺盤(pán)上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙估測(cè)油膜的面積改正其中的錯(cuò)誤：_.(2)若油酸酒精溶液體積濃度為0.1%，一滴溶液的體積為4.8104mL，其形成的油膜面積為40cm2，則估測(cè)出油酸分子的直徑為_(kāi)m.答案(1)應(yīng)在量筒中滴入N滴溶液，計(jì)算得出一滴溶液的體積應(yīng)在水面上先撒上痱子粉(2)1.21010解析(1)在量筒中直接測(cè)量一滴油酸酒精溶液體積誤差太大，應(yīng)先用累積法測(cè)出N滴溶液體積，再算出一滴溶液的體積油酸在水面上形成的油膜形狀不易觀察，可在水面上撒上痱子粉，再滴油酸酒精溶液，穩(wěn)定后就呈現(xiàn)出清晰輪廓(2)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V4.81040.1%mL，Dm1.21010m.8“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的實(shí)驗(yàn)方法及步驟如下：向體積V油1mL的純油酸中加酒精，直至總量達(dá)到V總500mL；用注射器吸取中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當(dāng)?shù)稳雗100滴時(shí)，測(cè)得其體積恰好是V01mL；先往邊長(zhǎng)為3040cm的淺盤(pán)里倒入2cm深的水，然后將痱子粉(或滑石粉)均勻地撒在水面上；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)備好的玻璃板平放在淺盤(pán)上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；將畫(huà)有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，如圖1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(zhǎng)l20mm.圖1根據(jù)以上信息，回答下列問(wèn)題(有數(shù)值計(jì)算的問(wèn)題，先用信息中字母寫(xiě)出表達(dá)式再代入數(shù)值并統(tǒng)一單位算出結(jié)果)(1)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V是多少？(2)油酸分子直徑是多少？答案(1)2105mL(2)4.31010m解析(1)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積VmL2105mL.(2)根據(jù)大于半個(gè)方格的算一個(gè)，小于半個(gè)方格的舍去，油膜形狀占據(jù)的方格數(shù)大約為115個(gè)，故面積S1152020mm24.6104mm2油酸分子直徑Dmm4.3107mm4.31010m.