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【金板学案】2016届高考物理一轮习题第十二章热学第3课实验:用油膜法估测分子的大小


第二单元 实验与探究
第3课 实验:用油膜法估测分子的大小

V 1.在用公式 d= 计算油膜分子大小时,式中 V 的物理意义是( S A.指 1 mL 的油酸溶液的体积 B.指一滴油酸溶液的体积 C.指一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积 D.指一滴油酸溶液中酒精的体积

)

V 解析:d= 式,V 表示一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积;S 表示油酸展开后的面积, S C 正确. 答案:C

2.(双选)关于用“油膜法估测分子大小”的实验,下列说法正确的是( A.单分子油膜的厚度被认为是油分子的直径 B.测量结果表明,分子直径的数量级是 10
-12

)

m

C.实验时先将痱子粉均匀洒在水面上,再把一滴油酸酒精溶液滴在水面上 D.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径

解析:分子直径的数量级为 10

-10

,故 B 错误.用油酸的体积除以油膜面积算得结果才

是油酸分子直径,D 错,故选 A、C. 答案:AC

3. 在“油膜法估测分子大小”的实验中, 能将油膜的厚度近似认为等于油脂分子的直径, 下列措施可行的是( )

A.把痱子粉均匀地撒在水面上,测出其面积 B.取油酸一滴,滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜 C.取酒精油酸溶液一滴,滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜
1

D.把酒精油酸溶液滴在撒有均匀痱子粉的水面上后,要立即描绘油酸在水面上的轮廓

解析:因为油酸不易溶于水,酒精易挥发和溶于水,用纯油酸形成的面积太大,不易 测量,故用酒精油酸溶液;痱子粉是为了固定油酸扩散后形状,为了让油酸尽量形成单分 子膜,要等油酸扩散稳定后测量面积,由以上分析可知,C 选项正确. 答案:C

4.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,现有按体积比为 n∶m 配制好的油酸酒精溶 液置于容器中,还有一个盛有约 2 cm 深水的浅盘,一支滴管,一个量筒. 请补充下述估测分子大小的实验步骤: (1)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (需测量的物理量自己用字母表示) (2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标 纸上,如图所示.(已知坐标纸上每个小方格面积为 S,求油膜面积时,半个以上方格面积 记为 S,不足半个舍去)则油膜面积为______.

(3)估算油酸分子直径的表达式为 d=____________.

解析:(1)用滴管向量筒内加注 N 滴油酸酒精溶液,读其体积 V.(2)利用补偿法,可查得 V n 面积为 8S.(3)1 滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 V′= × , 油膜面积 S′=8S, 由 N m+n V′ nV d= ,得 d= . S′ 8NS(m+n) 答案:(1)见解析 nV (2)8S (3) 8NS(m+n)

5.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,将 4 mL 的纯油酸溶液滴入 20 L 无水酒精溶 液中充分混合,用注射器取 1 mL 的上述混合溶液可分 50 滴均匀滴出,将其中的 1 滴滴入
2

盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描出油膜的轮廓,随后 把玻璃板放在坐标纸上,其形状如图所示,坐标纸上正方形小方格的边长为 10 mm.则油酸 膜的面积约是________.已知每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 4× 10 测油酸分子的直径为________.(结果均取一位有效数字)
-6

mL,可估

解析:油酸膜的面积: S=81×(10× 10 3)2 m2≈8×10


-3

V m2,油酸分子直径: d= = S

4×10 6×10 - 8×10 3


-6

m=5× 10
-3

-10

m.
-10

答案:8× 10

m2

5× 10

m

6.用油膜法估测分子的大小. 实验器材有:浓度为 0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为 0.1 mL 的量筒、 盛有适量清水的浅盘、 痱子粉、 胶头滴管、 玻璃板、 彩笔、 坐标纸(最小正方形边长为 1 cm). 则 (1)下面给出的实验步骤中,正确排序应为________(填序号).为估计油酸分子的直径, 请补填最后一项实验步骤 D. A.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻 璃板上 B.用滴管将浓度为 0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下滴入 1 mL 油 酸酒精溶液的滴数 N C.将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上,用滴管吸取浓度为 0.05%的油酸酒精溶液,从 低处向水面中央滴入一滴 D.________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (2)利用以上测量数据,写出单个油酸分子直径的表达式. ________________________________________________________________________.

解析:(1)根据实验原理可得,给出的实验步骤的正确排序为 BCA,步骤 D 应为将画有
3

油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长为 1 cm 的正方形为单位,计算轮廓 内正方形的个数,算出油酸薄膜的面积 S. 1 (2)每滴油酸酒精溶液的体积为 , N 1 滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为: 1 V= ×0.05%, N 所以单个油酸分子的直径为: V 0.05% d= = . S NS 答案:(1)BCA 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,以坐标纸上边长为 1 cm 的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,算出油酸薄膜的面积 S 0.05% (2) NS

7.利用单分子油膜法可以粗略测定分子的大小和阿伏伽德罗常数,如果已知体积为 V 的一滴油滴在水面上散开形成的单分子油膜的面积为 S, 求这种油分子的直径表达式; 如果 这种油的摩尔质量为 M,密度为 ρ,再写出阿伏伽德罗常数的表达式.

V M 1 解析:由实验原理易知 d= 而 m=ρV 分,V 分= π d3,NA= .联立以上各式得 NA= S m 6 6MS3 . ρ π V分3 V 6MS3 答案:d= NA= S ρ π V分3

8.在“用单分子油膜估测分子大小”实验中, (1)某同学操作步骤如下: ①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液; ②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积; ③在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定; ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积. 改 正 其 中 的 错 误 :

________________________________________________________________________
4

________________________________________________________________________. (2)若油酸酒精溶液体积浓度为 0.10%,一滴溶液的体积为 4.8× 10 面积为 40 cm2,则估测出油酸分子的直径为________m.
-3

mL,其形成的油膜

解析:(1)步骤②应改为:在量筒中滴入 N 滴该溶液,测出它的体积;步骤③应改为: 在蒸发皿内盛一定量的水,先在水面上撒上痱子粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开 稳定. (2)1 滴该溶液含有纯油酸的体积为: V=4.8× 10
-3

mL×0.10%=4.8× 10

-6

mL=4.8× 10

-12

m3,已知油膜的面积是 S=40 cm2

V - =0.004 m2,所以 d= =1.2× 10 9 m. S 答案:(1)②在量筒中滴入 N 滴该溶液;③在水面上先撒上痱子粉 (2)1.2× 10
-9

9.在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,有下列实验步骤: ①往边长约为 40 cm 的浅盘里倒入约 2 cm 深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀 地撒在水面上; ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定; ③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和 面积计算出油酸分子直径的大小; ④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一 定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积; ⑤将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上. 完成下列填空: (1)上述步骤中,正确的顺序是__________.(填写步骤前面的数字) (2)将 1 cm3 的油酸溶于酒精,制成 300 cm3 的油酸酒精溶液;测得 1 cm3 的油酸酒精溶 液有 50 滴.现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是 0.13 m2.由 此估算出油酸分子的直径为________m.(结果保留一位有效数字)

解析: (1)交换④和①的操作步骤不影响测量结果, 正确步骤是④①②⑤③或①④②⑤③. (2)1 滴该油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为 V=
5

1 1 - × cm3=6.7× 10 11 m3, 已知油膜 300 50

V - 的面积是 S=0.13 m2,所以 d= =5× 10 10 m. S 答案:(1)④①②⑤③ 或①④②⑤③ (5)5× 10
-10

6


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