2012届高考物理实验用油膜法估测分子的大小专题备考演练试题(含答案)

选修3-3 实验八 用油膜法估测分子的大小
1．“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：
A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍
去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油膜的面积S.
B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在
浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上．
C．用浅盘装入约2 cm深的水．
D．用公式d＝VS求出薄膜厚度，即油酸分子的大小．
E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.
(1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完全，请指出：
①____________________________________________________________________
②___________________________________________________________________
(2)上述实验步骤的合理顺序是________．
解析：(1)①C步骤中，要在水面上均匀地撒上石膏粉或痱子粉．
②实验中，要有步骤F：用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数．
(2)合理顺序为CFBAED
答案：(1)见解析　(2)CFBAED
2．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，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，如图实－8－3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，不足半个的舍去)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，可查得面积为8S.
(3)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为
V′＝VN×nm＋n，油膜面积S′＝8S，
由d＝V′S′，得d＝nV8NS(m＋n).
答案：(1)见解析　(2)8S　(3)nV8NS(m＋n)
3. 油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL油酸酒精溶液中有油酸
0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体
积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的
浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜
的形状如图实－8－4所示．若每一小方格的边长为25 mm，试问：
(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽
可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为_______油膜，这层油膜的厚度可视为
油酸分子的________．图实－8－4中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精
溶液中含有纯油酸体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径
是________m．(结果保留两位有效数字)
(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形
成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？
请写出你分析的原______________________________________________________
_______________________________________________________________________
______________________________________________________________________.
解析：油膜面积约占70小格，面积约为S＝70×25×25×10－6 m2≈4.4×10－2 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝150×0.61000×10－6 m3＝1.2×10－11 m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度
d＝VS＝1.2×10－114.4×10－2 m≈2.7×10－10 m.
答案：(1)球体　单分子　直径　4.4×10－2
1．2×10－11　2.7×10－10
(2)主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩
4．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V，配制的油酸溶液中纯油酸与溶液体积之比为1∶500，1 mL油酸溶液50滴，那么一滴溶液的体积是_______mL，所以一滴溶液中油酸体积为V＝_______ cm3.
若实验中测得的结果如下表所示，请根据所给数据填写空白处的数值，并与公认的油酸分子直径值d0＝5.12×10－10m作比较，并判断此实验是否符合数量级的要求.
次数S(cm2)d＝VS(10－7cm)
d平均值
1538
2545
3563
解析：1滴溶液的体积V溶液＝150 mL，
其中含油酸体积
V＝1500V溶液＝4×10－5cm3，
据此算出3次测得的d值分别为
d1≈7 .43×10－8cm，d2≈7.34×10－8 cm，
d3≈7.10×10－8cm，其平均值
d＝d1＋d2＋d33＝7.29×10－8cm＝7.29×10－10m，
这与公认值的数量级相吻合，故本次估测数值符合数量级的要求．
答案：150　4×10－5　0.743　0.734　0.710　7.29×10－10 m　符合
5．利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数，把密度ρ＝0.8×103 kg/m3的某种油，用滴管滴出一滴在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为V＝0.5×10－3 cm3，形成的油膜面积为S＝0.7 m2.油的摩尔质量M＝0.09 kg/mol.若把油膜看成是单分子层，每个油分子看成球形，只需要保留一位有效数字，那么：
(1)该油分子的直径是多少？
(2)由以上数据可粗略测出阿伏加德罗常数NA的值是多少？(先列出计算式，再代入数据计算)
解析：(1)由d＝VS可得：
d＝0.5×10－3×10－60.7 m≈7×10－10 m
(2)每个油分子的体积V0＝16πd3
油的摩尔体积Vmol＝Mρ
假设油是由油分子紧密排列而成的，有：
NA＝VmolV0＝6Mπρd3
代入数据可得NA≈6×1023 mol－1.
答案：(1)7×10－10 m　(2)见解析