高中物理 1.2 測量分子的大小課件 粵教版選修3-3.ppt

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1、目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,用油膜法估測分子的大小 1.測量方法 油膜法是一種粗略測量分子大小的方法.把油滴滴到水面上,油在水面上散開,形成單分子油膜,如果把分子看成球形,單分子油膜的厚度就可以認為等于分子的直徑. 2.計算方法 如果一滴油滴的體積為V,單分子油膜的面積為S,則分子的直徑為 3.分子的大小 除一些有機物大分子外,多數分子直徑的數量級都是10-10 m. 我們可以通過什么途徑觀察分子的大小呢? 答案:用掃描隧道顯微鏡觀察.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一、實驗的基本內容 1.實驗目的 用單分子油膜法測分子的大小(直徑). 2.實驗原理 把體積為V的

2、油酸滴在水面上形成單分子油膜,測得油膜面積S,根據V=SD,得 ,D即為分子直徑. 3.實驗器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、淺盤、玻璃板、彩筆、坐標紙、痱子粉.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,4.實驗步驟 (1)配制油酸酒精溶液. (2)用注射器或滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,記下量筒內增加一定體積時的滴數,由此求出1滴油酸酒精溶液的平均體積 (3)向淺盤中倒入清水,在水面上輕輕而均勻地撒一層痱子粉,在水面上用滴管滴一滴油酸酒精溶液.當油層不再擴散、形狀穩(wěn)定時,就近似形成單分子油膜. (4)將玻璃板蓋在淺盤上,用彩筆將油膜的形狀描繪在玻璃板上. (5)將畫有油

3、酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位,計算輪廓內正方形的個數,不足半個的舍去,多于半個的算一個).,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,(6)根據油酸酒精溶液的濃度,算出一滴溶液中純油酸的體積V,根據油酸的體積V和油膜的面積S算出油酸分子的直徑. (7)洗凈淺盤,擦去玻璃板上的油膜輪廓線,重復實驗23次. (8)數據處理 (9)得出結論:油酸分子直徑約為10-10 m.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,油酸分子的形狀真的是球形嗎?排列時是一個挨一個的嗎? 答案:實際分子的結構很復雜,分子間有間隙,認為分

4、子是球形且一個緊挨一個排列,是一種近似模型,是對問題的簡化處理.簡化處理在物理學的研究和學習方面是很有用的.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例1】 (多選)油膜法粗略測定分子直徑的實驗基礎是() A.把油酸分子視為立方體,其棱長即為油膜的厚度 B.讓油酸在水面上充分散開,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體積除以油膜的面積 D.油酸分子直徑的數量級是10-15 m 解析:油膜法測分子的直徑時是把油酸分子視為球體,其直徑為油膜的厚度,A項錯誤.油酸分子直徑的數量級是10-10 m,D項錯誤.選項B、C正確. 答案:BC,一,二,知識精要,思考探究,典題例解

5、,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,“用油膜法估測分子的大小”實驗的方法及步驟如下: 向體積V油=1 mL的油酸中加酒精,直至總量達到V總=500 mL; 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,當滴入n=100滴時,測得其體積恰好是V0=1 mL; 先往邊長為3040 cm的淺盤里倒入2 cm深的水,然后將均勻地撒在水面上; 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,將事先準備好的玻璃板放在淺盤上,并在玻璃板上描下油酸膜的形狀;,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,如圖所示,數出

6、輪廓范圍內小方格的個數N,小方格的邊長l=20 mm. 根據以上信息,回答下列問題. (1)步驟中應填寫:. (2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V是 mL. (3)油酸分子直徑是 m.,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,答案:(1)痱子粉或細石膏粉(2)210-5(3)4.310-10 解析:(1)為了顯示單分子油膜的形狀,需要在水面上撒痱子粉或細石膏粉. (2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V=210-5 mL. (3)根據大于半個方格的算一個,小于半個方格的舍去,油膜形狀占據的方格數大約為115個,故面積S=1152020 mm2=4.6104 mm2.,一,二,知識精要,

7、典題例解,遷移應用,二、對實驗的深入理解 1.為什么要配制一定濃度的油酸溶液? 分子大小的數量級是10-10 m,而一小滴油酸的體積(注射器5號針頭下的)大約為4.010-3 cm3(每1 cm3的油酸大約有250滴),如果這滴油酸鋪成單分子膜,膜的面積是 ,實驗室沒有這么大的盆,即使提供這樣的盆做起實驗來也不方便,因此要稀釋.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.油酸溶液滴在水面上后,水面上的痱子粉為什么會迅速擴散開? 油酸是一種有機酸,分子式為C17H33COOH,它的分子可以看作一圓柱模型(如圖所示),一端是羧基COOH,與水有很強的親和力而被水吸引,另一端C17H33,與水沒有親

8、和力而要冒出水面,因此油酸滴到水面上后趨于均勻地擴散到水面.同時油酸滴到水面上后,降低了水的表面張力,油酸所在處的表面張力小于油酸未到處的表面張力,痱子粉在周圍水的表面張力的作用下迅速聚集成一條輪廓線.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,3.油酸溶液滴入水中后,發(fā)現油膜的面積開始比較大,緊接著迅速變小,然后穩(wěn)定下來,這是為什么? 油酸溶液中含有大量的酒精,油酸溶液滴入水中后,開始在水面形成的油膜的面積比單純的油膜面積要大,隨著酒精在水中的溶解和在空氣中的揮發(fā),最后顯示出的油膜面積會縮小.這也可用實驗來驗證,換用體積比相差很大的不同的油酸溶液重復實驗,可以發(fā)現油膜的這種收縮現象有明顯的差別,

9、當降低油酸溶液的濃度后,這種收縮現象會加強;增大油酸溶液的濃度后,這種收縮現象會減弱;如果用純油酸,很難觀察到這種收縮現象.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,4.如何估算油酸分子的大小?為什么這樣做? 油酸分子能夠上下不摞列地形成單層分子油膜,如圖所示.忽略分子間的間隙,將分子看作一個個緊挨著的球體模型,這樣分子球的直徑也就成了膜的厚度D,所滴的這些油酸分子的體積如果是V,則有 ,其中S為膜的面積.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,5.實驗的誤差主要來源于哪些方面? (1)實驗時油酸酒精溶液的實際濃度和理論值存在偏差. (2)實驗時1滴油酸酒精溶液的實際體積和理論值間存在偏差. (

10、3)實驗時痱子粉粒與油酸在水面上的實際情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差. (4)實驗時采用“互補法”(即不足半個格舍去,多于半個格的算一個格)計算獲得的油酸膜面積與實際的油膜面積間存在偏差.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例2】 利用油膜法可粗略地測量分子的大小和阿伏加德羅常數.若已知n滴油的總體積為V,一滴油形成的油膜面積為S,這種油的摩爾質量為M,密度為,則每個油分子的直徑D和阿伏加德羅常數NA分別為() (導學號51140002),一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,1.(多選)某學生在用油膜法估測分子直徑實驗中,計算結

11、果明顯偏大,可能是由于() A.油酸未完全散開 B.油酸中含有大量酒精 C.計算油膜面積時,舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴溶液體積時,1 mL的溶液的滴數錯誤地多記了10滴 答案:AC 解析:計算結果偏大,由公式 知,是體積的測量值偏大或面積的測量值偏小,A選項會引起油膜面積的測量值偏小,B項不影響,C項會造成面積值偏小;D項會引起體積的測量值偏小.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2. 在做用油膜法估測分子大小的實驗中,油酸酒精溶液的配比約為每104 mL溶液中有純油酸6 mL.用注射器測得1 mL上述溶液為75滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里,待水面穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,

12、用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓,再把玻璃板放在坐標紙上,其形狀和尺寸如圖所示,坐標中正方形方格的邊長為1 cm.試求: (1)油酸膜的面積; (2)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積; (3)按以上實驗數據估測出油酸分子的直徑.,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,答案:(1)106 cm2(2)810-6 mL(3)7.510-10 m 解析:(1)由題圖知,其中正方形方格87個,補償法近似處理,可補19個整小方格,實際占小方格87+19(個)=106個,那么油膜面積S=1061 cm2=106 cm2.,案例探究,思悟升華,正確運用油膜法測分子直徑 用油膜法估測分子的大小 實驗器材:濃度為

13、0.05%(體積分數)的油酸酒精溶液、最小刻度為0.1 mL的量筒、盛有適量清水的淺盤、痱子粉、膠頭滴管、玻璃板、彩筆、坐標紙(最小正方形邊長為1 cm).則(導學號51140003),案例探究,思悟升華,(1)下面給出的實驗步驟中,正確排序應為(填序號). A.待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后,將玻璃板放在淺盤上,用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上 B.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,記下滴入1 mL油酸酒精溶液的滴數N C.將痱子粉均勻地撒在淺盤內水面上,用滴管吸取濃度為0.05%的油酸酒精溶液,從低處向水面中央滴入一滴 D. 為估算油酸分子的直徑,請補填最后一項實驗步驟

14、. (2)利用以上測量數據,寫出單個油酸分子直徑的表達式為.,案例探究,思悟升華,解析:(1)根據實驗原理可得,給出的實驗步驟的正確排序為BCA,步驟D應為將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位,計算輪廓內正方形的個數,算出油酸薄膜的面積S. 答案:(1)BCA將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位,計算輪廓內正方形的個數,算出油酸薄膜的面積S,案例探究,思悟升華,實驗操作的注意事項: (1)油酸酒精溶液配制比例要恰當; (2)量取1 mL油酸酒精溶液計量滴數時應盡量使每滴大小相同; (3)往水面上撒痱子粉時要適量、均勻; (4)要在滴入溶液穩(wěn)定后再畫輪廓; (5)計算面積數格數時要耐心細致.,