實驗：用油膜法估測油酸分子的大小高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

第一章

分子動理論1.2實驗：用油膜法估測油酸分子的大小分子十分微小。一個直徑為10－3mm左右的水珠，它的大小與細菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍!那么，通過什么途徑可以知道分子的大小呢?問題1：曹沖怎么稱象？化整為零問題2：怎樣估測綠豆的直徑？方法一：將綠豆排成一行，測出總長，數(shù)出個數(shù)。

方法二：測出總體積，數(shù)出個數(shù)。

方法三：量出單層鋪開的面積，測出總體積。

問題3：怎么估算鞋底的大??？▋▏實驗思路為了估測油酸分子的大小，我們把1滴油酸滴在水面上，水面上會形成一層油膜，油膜是由單層油酸分子(C17H33COOH)中的烴基C17H33－組成的。盡管油酸分子有著復雜的結(jié)構(gòu)和形狀，分子間也存在著間隙，但在估測其大小時，可以把它簡化為球形處理，并認為它們緊密排布(圖1.2-1)。測出油膜的厚度d，它就相當于分子的直徑。實驗中，為了使油酸充分展開，獲得一塊單分子油膜，我們需要將油酸在酒精中稀釋后再滴入水中。這樣的油酸酒精溶液滴在水面上，溶液中的酒精將溶于水并很快揮發(fā)，從而獲得純油酸形成的油膜。這里可以粗略地認為，油膜的厚度d等于1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V與它在水面上攤開的面積S之比。▋▏物理量的測量1.測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。配制一定濃度的油酸酒精溶液。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人燒杯中(圖1.2-2)，記下液滴的總滴數(shù)。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，再計算其所含純油酸的體積V。2.測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S。在淺盤里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另只手拍打，將爽身粉均勻地撒在水面上(圖1.2-3甲)。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液(圖1.2-3乙)，油酸立即在水面散開，形成一塊油膜。油膜上沒有爽身粉，可以清楚地看出它的輪廓(圖1.2-3丙)。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形狀(圖1.2-3丁)。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(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個。然后，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。▋▏數(shù)據(jù)分析用1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V

和該油膜面積S

計算出油膜厚度，即油酸分子的直徑

?油膜法估測油酸分子直徑的大小是一種通過測量宏觀量來測量微觀量的方法。大量實驗結(jié)果表明，盡管所用的測定分子大小的方法不同，測出的結(jié)果也有差異，但數(shù)量級是一致的。除了一些有機物質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子大小的數(shù)量級為10－10m。數(shù)量級誤差分析1.形成的油膜不是單分子油膜讓油膜盡可能散開，等收縮到穩(wěn)定狀態(tài)再進行測量。要求使用的酒精的濃度、痱子粉的用量適宜等。2.純油酸體積的計算誤差要用累積法測油滴的體積。先測出1mL的酒精油酸溶液的滴數(shù)，從而計算出一滴酒精油酸溶液的體積。再由油酸的濃度算出油酸的體積。3.油膜的面積S

測算產(chǎn)生的誤差(1)油膜形狀畫線誤差：用淺盤使玻璃盡量靠近液面，畫線盡量和油膜邊緣對應。(2)數(shù)格子法，帶來的誤差用坐標紙，測出形狀不規(guī)則油膜的面積。數(shù)出不規(guī)則圖形的輪廓包圍的方格數(shù)，計算方格數(shù)時，不足半格的舍去，多于半格的算一個，方格邊長的單位越小，用這種方法求出的面積越精確。注意事項1.測1滴酒精油酸溶液的體積時，滴入量筒中的酒精油酸溶液的體積應為整毫升數(shù)，應多滴幾毫升，數(shù)出對應的滴數(shù)，這樣求平均值誤差較小。2.淺盤里水離盤口面的距離應較小，并要水平放置，以便準確地畫出薄膜的形狀，畫線時視線應與板面垂直。3.痱子粉不要撒得太多，只要能夠幫助看清油膜邊界即可。4.在水面撒痱子粉后，不要再觸動盤中的水。5.滴入油酸溶液時，一定要細心，不要一下滴得太多，使油膜的面積過大。6.待測油酸面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓。擴散后又收縮有兩個原因：第一是水面受油酸滴沖擊凹陷后恢復；第二是酒精揮發(fā)后液面收縮。7.利用坐標紙求油膜面積時，以邊長1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半格的舍去，多于半格的算一個。思考：在用油膜法測定分子的直徑時，實際上做了理想化處理，請問：有哪些地方做了理想化處理？1.把滴在水面上的油酸層當作單分子油膜層。2.把分子看成球形。3.油分子一個緊挨一個整齊排列。典例探究例題1：“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：①往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的痱子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在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小。④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)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積。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。完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是______________(填寫步驟前面的數(shù)字)。(2)將1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液，測得1cm3的油酸酒精溶液有50滴。現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13m2。由此估算出油酸分子的直徑為____________m(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。④①②⑤③5×10－10例題2：下面哪些措施可以減小“用油膜法估測分子的大小”的實驗的誤差(

)A．裝在淺盤中的水用蒸餾水B．向水中滴油酸酒精溶液液滴時，只要注射器針尖離水面近一些就可以，沒有其他要求C．在描繪油膜形狀時，透明蓋板要離水面近些D．在油膜穩(wěn)定后再描繪油膜的形狀ACD例題3：在“用油膜法估測分子大小”實驗中所用的油酸酒精溶液的濃度為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，圖中每一小方格的邊長為1cm，試求：(1)油酸薄膜的面積是________cm2；(2)實驗測出油酸分子的直徑是___________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；(3)實驗中為什么要讓油膜盡可能散開？1146.6×10－10這樣做的目的是讓油膜在水面上形成單分子油膜。練習與應用1.把一片很薄的均勻塑料薄膜放在鹽水中，調(diào)節(jié)鹽水的密度，使薄膜能在鹽水中懸浮，此時鹽水的密度為1.2×103kg/m3。用天平測出尺寸為10cm×20cm的這種塑料薄膜的質(zhì)量是36g，請計算薄膜的厚度。

2.“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗有兩個非常巧妙的設(shè)計，請你借鑒這兩個設(shè)計思路，完成以下實驗：(1)現(xiàn)需要在一個燒杯中倒入0.01g食鹽供以后做實驗用，但現(xiàn)有的電子秤最小只能稱1g的質(zhì)量，怎么辦?請定量地具體說明操作的步驟。解：①將量筒放在電子秤上，記下示數(shù)；②在量筒中加入食鹽，使電子秤的示數(shù)增加5g；③取下量筒，向量筒中加水，直到溶液體積為500mL；④用滴管取1mL食鹽水溶液滴入燒杯；⑤對燒杯加熱，將水燒干，即得到0.01g食鹽.(2)有一小捆粗細均勻的細鐵絲，要較精確地測量細鐵絲的橫截面積，你認為應該怎樣測量?說出所需的器材和測量方法。

3.某同學做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗時，每103mL油酸酒精溶液中有純油酸1mL。用注射器測得58滴這樣的溶液為1mL。把1滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤里等油膜形狀穩(wěn)定后，把玻璃板