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例题精讲 · 第 00119 题 · 自编数据三题·一滴溶液里的体积与一片膜的面积

油膜法把「测分子直径」变成一次体积除以面积:先由溶液浓度与滴数算出一滴纯油酸的体积,再由方格数算油膜面积,d=V/S。三步里最容易错的是浓度换算(把溶液体积当油酸体积)、方格计数规则与误差方向。本文用一组自编数据配三道题:浓度与体积换算、面积计数与 d 的计算、三类误差的方向判断。每题给完整解答、回代互验、采分点与自查清单。

00119题号全 1000 篇 · 第 第20轮 / 第20册 轮
方向物理·实验六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 物理实验

一、考点定位与做题顺序

原理只有一句:把油酸看成单分子层铺在水面,油膜厚度即分子直径 d=V/S。V 是一滴溶液里纯油酸的体积,不是一滴溶液的体积;S 是轮廓内方格换算出的面积。单位必须统一到 m 与 m³(1 mL = 10⁻⁶ m³,1 cm² = 10⁻⁴ m²)。

两条前提要能说出来:①油酸分子直立、紧密排列成单分子层;②把分子近似看成球形,故厚度≈直径。若膜未完全展开、或出现多层重叠,d 就会失真。下面浓度、滴数与格数均为自编示意数据,做过量纲与回代互验,不代表任何真实试剂标定值。

二、题目呈现

题1 浓度与体积换算(计算)

自编配液:每 1000 mL 油酸酒精溶液中含纯油酸 0.60 mL;用滴管测得 1.00 mL 溶液恰为 100 滴。

(1) 求一滴溶液中纯油酸的体积 V(以 mL 与 m³ 两种单位表示);

(2) 说明为什么不能直接用「1.00 mL / 100 = 0.010 mL」作为 V。

题2 面积计数与直径(计算)

将一滴上述溶液滴在撒有痱子粉的水面,待油膜稳定后把轮廓描在边长为 1.0 cm 的方格纸上。自编计数:完整格 58 个,超过半格的算 1 格、不足半格的舍去后,合计 75 格。

(1) 求油膜面积 S(以 cm² 与 m² 表示);

(2) 求分子直径 d(以 m 表示,保留两位有效数字);

(3) 用 S×d 回代检验是否等于 V。

题3 误差方向(简答+计算)

分别判断下列三种情形使 d 偏大、偏小还是不变,并写出理由:

(1) 油膜尚未完全展开就描轮廓;

(2) 方格计数时把不足半格的也全算成 1 格,总数由 75 误记为 83;

(3) 溶液久置、酒精部分挥发,但仍按原浓度 0.60 mL / 1000 mL 计算。

并计算情形 (2) 的相对偏差。

三、分步解析

题1 (1) 一滴溶液体积 = 1.00 mL / 100 = 0.0100 mL。溶液里油酸的体积分数 = 0.60/1000 = 6.0×10⁻⁴。故一滴中纯油酸 V = 0.0100 mL × 6.0×10⁻⁴ = 6.0×10⁻⁶ mL。换成 m³:1 mL = 10⁻⁶ m³,故 V = 6.0×10⁻⁶ × 10⁻⁶ m³ = 6.0×10⁻¹² m³。回代:6.0×10⁻¹² m³ ÷ 10⁻⁶ = 6.0×10⁻⁶ mL ✓。

题1 (2) 0.010 mL 是一滴溶液的体积,其中绝大部分是酒精(溶剂),酒精会挥发或溶入水中,并不参与成膜;真正铺成单分子层的只有油酸。若把它当 V,等于把溶剂也算进油酸体积,d 会被放大约 1/(6.0×10⁻⁴)≈1.7×10³ 倍。回代对照:用 0.010 mL = 1.0×10⁻⁸ m³ 去算,d 会达到 10⁻⁶ m 量级,与分子直径 10⁻¹⁰ m 的公认量级差四个数量级,一眼可判错。

题2 (1) 每格面积 =(1.0 cm)²=1.0 cm²,合计 75 格,故 S=75 cm²。换成 m²:1 cm²=10⁻⁴ m²,故 S=75×10⁻⁴ m² = 7.5×10⁻³ m²。

题2 (2) d = V/S = 6.0×10⁻¹² m³ / 7.5×10⁻³ m² = 8.0×10⁻¹⁰ m(两位有效数字)。量纲检查:m³/m² = m ✓;数量级 10⁻¹⁰ m 与分子直径量级相符。

题2 (3) 回代:S×d = 7.5×10⁻³ × 8.0×10⁻¹⁰ = 6.0×10⁻¹² m³,恰等于题1 的 V ✓。也可反向:V/d = 6.0×10⁻¹²/8.0×10⁻¹⁰ = 7.5×10⁻³ m² = S ✓,两式闭环。

题3 (1) 偏大。未完全展开时轮廓面积 S 偏小,而 V 由配液决定不变,d=V/S 中分母变小 → d 偏大;物理上膜是多层堆叠,厚度大于单分子层直径。

题3 (2) 偏小。格数由 75 误记 83,S 偏大,d 偏小。相对偏差 = (83−75)/83 = 8/83 ≈ −9.64%(按误算值相对真值:d′/d = 75/83 = 0.9036,即偏小约 9.6%)。回代:S′=83 cm²=8.3×10⁻³ m²,d′=6.0×10⁻¹²/8.3×10⁻³=7.23×10⁻¹⁰ m;8.0×10⁻¹⁰×(75/83)=7.23×10⁻¹⁰ m ✓。

题3 (3) 偏小。酒精挥发后同样一滴溶液里油酸的实际体积分数变大,真实 V 变大;但计算仍用原浓度 6.0×10⁻⁴,代入的 V 偏小,故 d 偏小。注意与 (1)(2) 的区分:那两处是 S 出错,(3) 是 V 出错,方向都由 d=V/S 的分子分母位置决定。

四、采分点对照

题号答案采分点构成
题1 (1)V=6.0×10⁻⁶ mL=6.0×10⁻¹² m³一滴溶液体积 1 分;体积分数 1 分;相乘 1 分;两种单位各 1 分
题1 (2)见解析指出 0.010 mL 是溶液不是油酸 1 分;说明溶剂不成膜 1 分;用放大倍数或量级反证 1 分
题2 (1)75 cm² = 7.5×10⁻³ m²每格面积 1 分;计数规则 1 分;单位换算 1 分
题2 (2)8.0×10⁻¹⁰ m公式 1 分;数值 1 分;量纲与数量级检查 1 分
题2 (3)S×d=V正向回代 1 分;反向 V/d=S 1 分
题3 (1)偏大判定 1 分;由 d=V/S 说明 S 偏小 1 分;多层堆叠的物理解释 1 分
题3 (2)偏小约 9.6%判定 1 分;相对偏差数值 1 分;用 75/83 回验 1 分
题3 (3)偏小判定 1 分;指出实际浓度变大、代入 V 偏小 1 分;与前两项区分 S 错/V 错 1 分

五、高频易错点

  • 把一滴溶液的体积直接当 V,漏乘体积分数,结果差约 1700 倍。
  • 单位没统一:cm² 直接除 mL,或忘记 1 mL = 10⁻⁶ m³。
  • 方格计数不按「过半算一格、不足半格舍去」的约定,或把轮廓线本身也算面积。
  • 误差方向凭直觉:先写 d=V/S,再看出错的是分子还是分母,方向就不会反。
  • 把自编配液浓度当真实试剂参数;本文数值仅用于量纲与趋势训练。

六、小结与自查清单

量自编取值来源出错时影响
体积分数6.0×10⁻⁴0.60 mL / 1000 mL酒精挥发 → 实际值变大
一滴纯油酸 V6.0×10⁻¹² m³0.0100 mL × 体积分数V 算小 → d 偏小
油膜面积 S7.5×10⁻³ m²75 格 × 1 cm²未展开/多数格 → S 偏小或偏大
直径 d8.0×10⁻¹⁰ mV/SS×d 必回代等于 V
  • □ 先写出体积分数,再用「一滴溶液 × 分数」求 V,不跳步。
  • □ 所有量换成 m³ 与 m² 再相除,算完检查量纲是 m。
  • □ 方格计数写明「过半算一格、不足半格舍去」,格数记录可复核。
  • □ 算完必做 S×d=V 与 V/d=S 双向回代。
  • □ 误差题分「S 出错」还是「V 出错」,方向由分子分母位置定。

油膜法把微观量变成了一次宏观除法,也把每一处换算都变成了采分点:浓度、滴数、格数、单位、计数约定,任何一环漏掉都会把 10⁻¹⁰ m 算成别的量级。养成「体积分数先写一行、算完 S×d 回代」的习惯,答案和数量级一起稳住。本组配液浓度、滴数、格数与结果均为原创自编示意数据,不代表任何真实试剂标定值。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中物理选择性必修:分子动理论、估测方法与实验误差
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(物理科)》:热学实验考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、器材参数与数据均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准

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