問題1：為什么要估測量分子的大小？答：在《1.1分子動理論》的學(xué)習(xí)中，我們知道阿伏伽德羅常數(shù)NA是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的一個(gè)重要物理量，并且明確阿伏伽德羅常數(shù)的測量值約為NA=6.02×1023

/mol。通過阿伏伽德羅常數(shù)，我們推測分子直徑的數(shù)量級為10-10m。

物理學(xué)科的理論體系是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，我們對分子直徑的數(shù)量級的推測是否科學(xué)需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。中學(xué)階段，利用油膜法測量分子的直徑可以驗(yàn)證上節(jié)課中我們對分子大小的推測是否合理。

物理學(xué)中，顯微鏡技術(shù)的發(fā)展使上述驗(yàn)證過程更加精確。掃描隧道顯微鏡的問世不僅使人們看到了原子尺度下的微觀世界，還可以操控原子排列成特殊的圖形，如圖中所示。掃描隧道顯微鏡證實(shí)了原子線度的數(shù)量級約為

10-10m。問題2：為什么可以利用油膜法測量分子的直徑？答：分子直徑的數(shù)量級很小，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制中學(xué)階段無法直接測量一個(gè)分子的直徑。利用累積的方法測量微小量是科學(xué)研究中常用的方法之一，利用油膜法估測油酸分子的大小實(shí)驗(yàn)中就多次利用了這種微小量累積的思想。實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們需要做如下假設(shè)：①假設(shè)組成物質(zhì)的分子都是球形的；②假設(shè)組成物質(zhì)的分子間沒有間隙，物質(zhì)的分子是一個(gè)緊挨一個(gè)緊密排列的；③假設(shè)稀釋后的油酸在水面上形成的是單分子層油膜，如圖所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要測量出形成油膜的油酸的體積V和油膜的面積S，則油膜的厚度就近似為油酸的直徑，即上述利用累積來測量微小量的方法并不少見，我們在選擇性必修1《2.5

用單擺測量重力加速度》的實(shí)驗(yàn)中，就是通過測量單擺做30～50次全振動的時(shí)間來測量單擺的周期的。問題3：為什么油酸的分子可以排成單分子層油膜？答：油酸是一種脂肪酸，其分子可以看成由兩部分組成，即一個(gè)較大的“頭部”(烴鏈C17H13—)和一個(gè)很小的“尾巴”(羧基—COOH)。分子的“頭部”不溶于水，但“尾巴”對水有很強(qiáng)的親和力。把一滴油酸酒精溶液滴入水中時(shí)，其中的酒精溶于水并很快揮發(fā)，油酸分子充分展開，油酸分子就會豎起來，“頭部”露出水面，而“尾巴”則留在水中，油酸分子就這樣一個(gè)挨一個(gè)緊密地排列在水面上，形成單分子油膜，由于它的“尾巴”很小，其體積可以忽略不計(jì)。問題4：為什么要在油酸中加酒精配置成油酸酒精溶液？答：若直接將油酸滴到水面上，很多油酸分子會堆積在一起形成疊層油膜，無法形成單分子油膜。用酒精稀釋油酸后，將溶液滴到水面上時(shí)，酒精溶于水并且很快揮發(fā)，使水面上形成的只是一層純油酸組成的單分子薄膜，從而更好地實(shí)現(xiàn)了測量分子直徑的第三條假設(shè)。問題5：為什么實(shí)驗(yàn)時(shí)，要先在水面上撒一層痱子粉再滴入油酸酒精溶液？答：由于油酸是透明的，因此在水面上形成的油膜邊界不容易分辨。撒上一層痱子粉，油酸在水面上擴(kuò)散后，會將水面上的痱子粉推開，形成清晰的邊緣，中間油酸擴(kuò)散形成的圖形是透明的，便于下一步描繪油膜的形狀，進(jìn)而估測油膜的面積，如圖所示。問題6：實(shí)驗(yàn)中如何測量一滴油酸酒精溶液中油酸的體積？答：實(shí)驗(yàn)時(shí)需要先配置一定比例的酒精油酸溶液，比如可以向

1mL

油酸中加酒精，直至總量達(dá)到500mL，此時(shí)溶液的濃度為c=0.2%。然后利用累積的方法測量一滴油酸酒精溶液的體積：如圖所示，用注射器吸取一些油酸酒精溶液，由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積V0；再把它一滴一滴地滴入燒杯中，記下液滴的總滴數(shù)N；用總體積除以總滴數(shù)就可以得到1滴油酸酒精溶液的體積為V0

/N。則一滴油酸酒精溶液中油酸的體積V約為：問題7：實(shí)驗(yàn)中如何估測油膜的面積？答：如圖所示，油膜形狀穩(wěn)定后，用帶有坐標(biāo)方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀。數(shù)出描出的輪廓范圍內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)n，數(shù)的原則是：不足半個(gè)的舍去，多于半個(gè)的算一個(gè)。如圖中所示，輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)為47個(gè)。若一個(gè)坐標(biāo)方格的面積為S0，則估測油膜的面積S=