高中物理 1.2 測(cè)量分子的大小課件 粵教版選修3-3.ppt

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1、目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,用油膜法估測(cè)分子的大小 1.測(cè)量方法 油膜法是一種粗略測(cè)量分子大小的方法.把油滴滴到水面上,油在水面上散開(kāi),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(rèn)為等于分子的直徑. 2.計(jì)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(jī)物大分子外,多數(shù)分子直徑的數(shù)量級(jí)都是10-10 m. 我們可以通過(guò)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(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用單分子油膜法測(cè)分子的大小(直徑). 2.實(shí)驗(yàn)原理 把體積

2、為V的油酸滴在水面上形成單分子油膜,測(cè)得油膜面積S,根據(jù)V=SD,得 ,D即為分子直徑. 3.實(shí)驗(yàn)器材 油酸、酒精、注射器或滴管、量筒、淺盤、玻璃板、彩筆、坐標(biāo)紙、痱子粉.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,4.實(shí)驗(yàn)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(nèi)增加一定體積時(shí)的滴數(shù),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(dāng)油層不再擴(kuò)散、形狀穩(wěn)定時(shí),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

3、)將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,算出油酸薄膜的面積S(求面積時(shí)以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1 cm的正方形為單位,計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),不足半個(gè)的舍去,多于半個(gè)的算一個(gè)).,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(6)根據(jù)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)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(fù)實(shí)驗(yàn)23次. (8)數(shù)據(jù)處理 (9)得出結(jié)論:油酸分子直徑約為10-10 m.,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,油酸分子的形狀真的是球形嗎?排列時(shí)是一個(gè)挨一個(gè)的嗎? 答案:實(shí)際分子的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,分子間有

4、間隙,認(rèn)為分子是球形且一個(gè)緊挨一個(gè)排列,是一種近似模型,是對(duì)問(wèn)題的簡(jiǎn)化處理.簡(jiǎn)化處理在物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)方面是很有用的.,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 (多選)油膜法粗略測(cè)定分子直徑的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是() A.把油酸分子視為立方體,其棱長(zhǎng)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體積除以油膜的面積 D.油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)是10-15 m 解析:油膜法測(cè)分子的直徑時(shí)是把油酸分子視為球體,其直徑為油膜的厚度,A項(xiàng)錯(cuò)誤.油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)是10-10 m,D項(xiàng)錯(cuò)誤.選項(xiàng)B、C正確. 答案:BC,,,一,二,知識(shí)精要,

5、思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,“用油膜法估測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)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(dá)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(dāng)?shù)稳雗=100滴時(shí),測(cè)得其體積恰好是V0=1 mL; 先往邊長(zhǎng)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(zhǔn)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(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,將畫(huà)有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙

6、上,如圖所示,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)l=20 mm. 根據(jù)以上信息,回答下列問(wèn)題. (1)步驟中應(yīng)填寫(xiě):. (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(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案:(1)痱子粉或細(xì)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(xì)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(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S=1152020 mm2=4.6104 mm2.,

7、,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shù)量級(jí)是10-10 m,而一小滴油酸的體積(注射器5號(hào)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(shí)驗(yàn)室沒(méi)有這么大的盆,即使提供這樣的盆做起實(shí)驗(yàn)來(lái)也不方便,因此要稀釋.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.油酸溶液滴在水面上后,水面上的痱子粉為什么會(huì)迅速擴(kuò)散開(kāi)? 油酸是一種有機(jī)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(qiáng)的親和

8、力而被水吸引,另一端C17H33,與水沒(méi)有親和力而要冒出水面,因此油酸滴到水面上后趨于均勻地?cái)U(kuò)散到水面.同時(shí)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(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.油酸溶液滴入水中后,發(fā)現(xiàn)油膜的面積開(kāi)始比較大,緊接著迅速變小,然后穩(wěn)定下來(lái),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(kāi)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(huì)縮小.這也可用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證,換用體積比相差很大的不同的油酸溶液重復(fù)實(shí)

9、驗(yàn),可以發(fā)現(xiàn)油膜的這種收縮現(xiàn)象有明顯的差別,當(dāng)降低油酸溶液的濃度后,這種收縮現(xiàn)象會(huì)加強(qiáng);增大油酸溶液的濃度后,這種收縮現(xiàn)象會(huì)減弱;如果用純油酸,很難觀察到這種收縮現(xiàn)象.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)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(gè)個(gè)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(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,5.實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)源于哪些方面? (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)油酸酒精溶液的實(shí)際濃度和理論值存在偏差. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)1

10、滴油酸酒精溶液的實(shí)際體積和理論值間存在偏差. (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)痱子粉粒與油酸在水面上的實(shí)際情況和理想中的“均勻”“單分子純油酸層”間存在偏差. (4)實(shí)驗(yàn)時(shí)采用“互補(bǔ)法”(即不足半個(gè)格舍去,多于半個(gè)格的算一個(gè)格)計(jì)算獲得的油酸膜面積與實(shí)際的油膜面積間存在偏差.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 利用油膜法可粗略地測(cè)量分子的大小和阿伏加德羅常數(shù).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(zhì)量為M,密度為,則每個(gè)油分子的直徑D和阿伏加德羅常數(shù)NA分別為() (導(dǎo)學(xué)號(hào)51140002),一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,1

11、.(多選)某學(xué)生在用油膜法估測(cè)分子直徑實(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.油酸中含有大量酒精 C.計(jì)算油膜面積時(shí),舍去了所有不足一格的方格 D.求每滴溶液體積時(shí),1 mL的溶液的滴數(shù)錯(cuò)誤地多記了10滴 答案:AC 解析:計(jì)算結(jié)果偏大,由公式 知,是體積的測(cè)量值偏大或面積的測(cè)量值偏小,A選項(xiàng)會(huì)引起油膜面積的測(cè)量值偏小,B項(xiàng)不影響,C項(xiàng)會(huì)造成面積值偏小;D項(xiàng)會(huì)引起體積的測(cè)量值偏小.,,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2. 在做用油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)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(cè)得1 mL上述溶液為75滴,

12、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,用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓,再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上,其形狀和尺寸如圖所示,坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子的直徑.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)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(gè),補(bǔ)償法近似處理,可補(bǔ)19個(gè)整小方格,實(shí)際占小方格87+19(個(gè))=106個(gè),那么油膜面積S=1061 cm2=106 cm2.,,案例探究,思悟升華,

13、正確運(yùn)用油膜法測(cè)分子直徑 用油膜法估測(cè)分子的大小 實(shí)驗(yàn)器材:濃度為0.05%(體積分?jǐn)?shù))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(biāo)紙(最小正方形邊長(zhǎng)為1 cm).則(導(dǎo)學(xué)號(hào)51140003),案例探究,思悟升華,(1)下面給出的實(shí)驗(yàn)步驟中,正確排序應(yīng)為(填序號(hào)). 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(huà)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(shù)N C.將痱子粉均勻地撒在淺盤內(nèi)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

14、面中央滴入一滴 D. 為估算油酸分子的直徑,請(qǐng)補(bǔ)填最后一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟. (2)利用以上測(cè)量數(shù)據(jù),寫(xiě)出單個(gè)油酸分子直徑的表達(dá)式為.,案例探究,思悟升華,解析:(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可得,給出的實(shí)驗(yàn)步驟的正確排序?yàn)锽CA,步驟D應(yīng)為將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1 cm的正方形為單位,計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),算出油酸薄膜的面積S. 答案:(1)BCA將畫(huà)有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上,以坐標(biāo)紙上邊長(zhǎng)為1 cm的正方形為單位,計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù),算出油酸薄膜的面積S,,案例探究,思悟升華,實(shí)驗(yàn)操作的注意事項(xiàng): (1)油酸酒精溶液配制比例要恰當(dāng); (2)量取1 mL油酸酒精溶液計(jì)量滴數(shù)時(shí)應(yīng)盡量使每滴大小相同; (3)往水面上撒痱子粉時(shí)要適量、均勻; (4)要在滴入溶液穩(wěn)定后再畫(huà)輪廓; (5)計(jì)算面積數(shù)格數(shù)時(shí)要耐心細(xì)致.,