《人教版物理选修3-3知识点突破》7.1 物体是由大量分子组成的（原卷板）

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7.1 物体是由大量分子组成的

学习目标

1．知道分子的大小，知道分子直径的数量级；

2．知道阿伏加德罗常数，知道物体是由大量分子组成的；

3．掌握“油膜法测分子大小”的实验原理，操作及实验数据的处理方法。

重点：知道物体是由大量分子组成的，知道分子的模型、大小、质量。

难点：结合阿伏加德罗常数对分子大小、质量进行计算时，分子的排列模式处理（是球形还是立

方体）。

知识点一、用油膜法估测分子的大小

一、实验目的

1．用油膜法估测油酸分子的大小。初步学会用统计的方法求物理量。

2．学习间接测量微观量的原理和方法。

二、实验原理

1．理想化：实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。当把一滴

用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，认为

在水面上形成油酸薄膜是由单层油酸分子紧密排列组成，如图所示。

2．模型化：把油酸分子简化成小球。如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等

于油酸分子的直径。

3．估算：实验中如果算出一定体积 V的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积 S，即可算出

油酸分子直径的大小，即 d＝。

4．由实验得到油酸分子大小的数量级是 10−10m。

【特别提醒】用油膜法估测油酸分子的大小时，在水面上滴上一滴油酸酒精溶液，形成的油膜

面积会先变大；随着酒精的挥发，油膜面积又会变小，所以要等油膜面积变化稳定后再测油膜面积。

三、实验器材：清水、酒精、油酸、量筒、浅盘（长约为 30 cm～40 cm）注射器（或滴

管）、玻璃板、彩笔、痱子粉（或石膏粉）、坐标纸、容量瓶（500 mL）。

四、实验步骤

1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以减少实验误差；

2．配制油酸酒精溶液：取油酸 1 mL，注入 500 mL 的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，

直到液面达到 500 mL 刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸分子充分与酒精分子结合，这样就得到了

浓度为 0.2%的油酸酒精溶液；用酒精对油酸进行稀释有利于获取更小体积的纯油酸，这样更有利

于油酸在水面上形成单分子油膜．同时酒精易挥发，不影响测量结果。

3．用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积时滴

数；

4．向浅盘里倒入约 2 cm 深的水，并将痱子粉或石膏粉（使油膜的轮廓更清楚）均匀地撒在水

面上；

5．用注射器或滴管将油酸酒精溶液滴在水面上一滴；

6．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板

上；

7．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的

舍去，多于半个的算一个，算出油膜的面积 S；

8．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，并代入公式d＝算出油酸薄膜

的厚度 d；

五、数据处理（计算方法）

1．一滴油酸溶液的平均体积：＝。

2．一滴油酸溶液中含纯油酸的体积 V：V＝×油酸溶液的体积比（体积比=纯油酸体积/溶液

的体积）。

方法是：设n滴油酸酒精溶液是 1mL，则每 1滴的油酸酒精溶液的体积是 mL，事先知道配制

溶液的比例是，则1滴溶液中的纯油酸体积 V＝·mL。式中的 S是滴入水中后纯油酸形成的油膜面

积，其大小用数坐标纸上对应的格数来计算，以 1cm 为边长的坐标纸上占了多少个格，其面积就是

多少平方厘米，数格时，不足半个格的舍去，多于半格的算 1个格。这样就可粗略地计算出油酸分

子的直径。

3．油膜的面积 S＝n×1 cm2（n为有效格数，小方格的边长为 1 cm）。

4．分子直径 d＝（代入数据时注意单位的统一）。

六、注意事项

1．油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度产生实验误差。

2．实验前应练习好滴法。滴入油酸溶液时，一定要细心，不要一下滴得太多，使油膜的面积

过大。

3．待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：第一是水面受

到油酸滴冲击凹陷后恢复；第二是酒精挥发后液面收缩。

4．当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧面上会残留油酸，可用少量酒精清洗，并

用脱棉擦干，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。

5．从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，比在水面上撒粉效果好。痱子粉不要撒得太

多，只要能够帮助看清油膜边界即可。

6．本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可。

七、误差分析

1．由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径，实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸

在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度。

2．虽然分子直径的数量级应在10－10m。但中学阶段，对于本实验只要能测出油酸分子直径的

数量级在 10－10m左右即可认为是成功的。

【题1】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 1位有效数字）

【题2】在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL 溶

液中有纯油酸 0.6mL，用注射器测得 1mL 上述溶液为 80 滴，把 1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让

油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形方格的边长为

1cm。

（1）实验中为什么要让油膜尽可能散开？

（2）实验测出油酸分子的直径是多少？（结果保留两位有效数字）

（3）如果已知体积为 V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为 S，这种油的密度为

ρ，摩尔质量为 M，试写出阿伏加德罗常数的表达式。

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