Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

 Мета уроку:

навчальна - ознайомити учнів з основними положеннями молеку- лярно-кінетичної теорії та їх підтвердженнями на основі до­слідів

 розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуванні завдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та її підтвердження на основі дослідів

Речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: твердо­му, рідкому і газоподібному. Молекулярна фізика — розділ фізи­ки, у якому вивчаються фізичні властивості тіл у різних агрегат­них станах на основі їх молекулярної будови.

Молекулярно-кінетична теорія зародилася в ХІХ-му столітті

з метою пояснити будову і властивості речовини на основі уявлень про те, що речовина складається з найдрібніших частинок — моле­кул, які безперервно рухаються й взаємодіють одна з одною. Осо­бливих успіхів ця теорія досягла під час пояснення властивостей газів.

Молекулярно-кінетичною теорією називають вчення про бу­дову і властивості речовини на основі уявлень про існування атомів і молекул як найменших частинок хімічних речовин.

В основі МКТ лежать три основні положення:

1. всі речовини утворені з найдрібніших частинок — молекул, які самі складаються з атомів. Молекули й атоми являють со­бою електрично нейтральні частинки. За певних умов молеку­ли й атоми можуть набувати додаткового електричного заряду та перетворюватися на позитивні або негативні іони;
2. атоми й молекули перебувають у безперервному хаотичному русі;
3. частинки взаємодіють одна з одною силами, що мають елек­тричну природу.

Найяскравішим експериментальним підтвердженням уявлень про молекулярно-кінетичну теорію (безладний рух атомів і моле­кул) є броунівський рух. Це тепловий рух найдрібніших мікроско­пічних частинок, зважених у рідині або газі. Воно було відкрите англійським ботаніком Р. Броуном у 1827 р. Броунівські частинки рухаються під впливом безладних ударів молекул. Через хаотич­ний тепловий рух молекул ці удари ніколи не врівноважують одна одну. У результаті швидкість броунівської частинки безладно змі­нюється за модулем і напрямом, а її траєкторія утворює складну зигзагоподібну криву.

Теорія броунівського руху була створена А. Ейнштейном у 1905 р. Експериментально теорія Ейнштейна була підтверджена в дослідах французького фізика Ж. Перрена, проведених у 1908- 1911 рр. Постійний хаотичний рух молекул речовини проявляєть­ся також в іншому явищі, яке легко спостерігати,— дифузії. Дифу­зією називається явище проникнення двох або кількох дотичних речовин одна в одну. Найшвидше процес протікає в газі, якщо він неоднорідний за складом. Дифузія призводить до утворення одно­рідної суміші, незалежно від густини компонентів. Дифузія й бро­унівський рух — споріднені явища. Взаємопроникнення дотичних речовин одна в одну й безладний рух найдрібніших частинок, зва­жених у рідині або газі, відбуваються внаслідок хаотичного тепло­вого руху молекул. Переконатися в існуванні молекул і оцінити їх розмір можна досить просто. Помістимо маленьку крапельку олії на поверхню води. Масляна пляма буде розтікатися по поверх­ні води, але площа масляної плівки не може перевищувати певно­го значення. Можна припустити, що максимальна площа плівки відповідає масляному шару товщиною в одну молекулу. Напри­клад, крапелька оливкової олії об’ємом 1 мм³ розтікається площею не більшою 1 м². Звідси випливає, що розмір молекули олії поряд­ку 10^-9 м. Багато дослідів свідчать про наявність сил міжмолеку­лярної взаємодії. Сили, що діють між двома молекулами, залежать від відстані між ними. Молекули є складними просторовими струк­турами, що містять як позитивні, так і негативні заряди. Якщо від­стань між молекулами досить велика, то переважають сили між­молекулярного притягнення. На малих відстанях переважають сили відштовхування. Залежності результуючої сили 2^ і потенцій­ної енергії взаємодії між молекулами від відстані між їх центрами якісно зображені на рисунку.

На певній відстані г=г₀ сила взаємодії зводиться до нуля. Цю від­стань умовно можна прийняти за діаметр молекули.

2.    Основне завдання МКТ

Параметри газу, пов’язані з індивідуальними характеристика­ми складових його молекул, називаються мікроскопічними пара­метрами (маси молекул, їх швидкості, концентрація). Параме­три, які характеризують стан макроскопічних тіл без урахування їх молекулярної будови, називаються макроскопічними параме­трами (об’єм, тиск, температура).

^ Співвідношення між макроскопічними параметрами — об’є­мом і тиском — називається рівнянням стану.

Основне завдання молекулярно-кінетичної теорії: встановити зв’язок між макроскопічними і мікроскопічними параметрами ре­човини й, виходячи з цього, знайти рівняння стану даної речовини. Наприклад, знаючи масу молекул, їх середні швидкості й концен­трацію, можна знайти об’єм, тиск і температуру даної маси газу, а також визначити тиск газу, якщо відомі його об’єм і температура.

3.    Маса та розміри молекул

Маси окремих молекул і атомів дуже малі. Наприклад, в 1 г води міститься 3,7 10²² молекул. Отже, маса однієї молекули води (Н₂0) дорівнює:

Маси такого ж порядку мають молекули інших речовин (крім величезних молекул органічних речовин). Наприклад, білки ма­ють маси, у сотні тисяч разів більші за маси окремих атомів. Але все одно їх маси в макроскопічних масштабах (грамах і кілогра­мах) надзвичайно малі.

Приблизну оцінку розмірів молекул можна отримати з дослідів, проведених німецьким фізиком В. Рентгеном і англійським фізиком Д. Релея. Якщо крапнути на поверхню води крапельку олії, то кра­пля розпливеться, утворюючи тонку плівку товщиною всього лише в одну молекулу. Товщину цього шару неважко визначити й тим са­мим оцінити розміри молекули олії. Об’єм V (0,001 см³) шару олії дорівнює добутку площі S його поверхні (6000 см²) на товщину шару d , тобто V = Sd. Отже, розмір молекули олії дорівнює:

На даний момент існує ряд методів, що дозволяють визначи­ти розміри молекул і атомів. Наприклад, лінійні розміри молекул кисню складають 3*10-¹⁰ м, води — приблизно 2,6 -10-¹⁰ м. Таким чином, характерною довжиною в світі молекул є розмір 10^-10 м. Ко­рисно не тільки запам’ятати цей параметр (10^-10 м), а й образно уя­вити його собі. Це допоможе нам увійти в світ молекул. Легко пере­вірити: якщо молекулу води збільшити до розмірів яблука, то саме яблуко стане розміром з земну кулю.

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

У чому полягає суть броунівського руху?

У чому полягає явище дифузії?

Перелічіть відомі вам докази існування молекул.

Наведіть приклади фактів, які показують подільність речовин.

Які досліди доводять, що між молекулами твердих і рідких тіл діють сили тяжіння і відштовхування?

IV.ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Тренуємося розв'язувати задачі

• Як ви вважаєте, чи можна б було спостерігати броунівський рух, якби молекули прилипали під час зіткнення до броунів- ської частинки?
• Чому ваше тіло не здійснює броунівського руху?
• Дві скляні пластинки важко відірвати одна від одної, якщо між ними є трохи води. Якщо ж скло пластинок сухе, то вони відді­ляються одна від одної легко. Чому?
• Чому броунівський рух ніколи не завершується?
• Чому водень та гелій можуть випаровуватися навіть з герме­тично закритих ємностей.

2. Контрольні запитання

1. Поясніть вираз: «Молекула — найдрібніша частинка речови­ни, яка зберігає його хімічні властивості».
2. Чи є хаотичний рух пилинок у повітрі броунівським рухом?
3. Молекули твердих тіл рухаються постійно й хаотично. Чому ж тверді тіла не розпадаються?

Що ми дізнались на уроці

• Молекулярно-кінетичною теорією називають учення про по­будову і властивості речовини на основі уявлень про існування атомів і молекул як найменших частинок хімічних речовин.
• Дифузією називається явище проникнення двох або декількох речовин, що дотикаються одна до одної.
• Величини, що характеризують стан макроскопічних тіл вціло- му, називають макроскопічними параметрами.
• Величини, що характеризують властивості окремих молекул речовин, називають мікроскопічними параметрами.
• Основне завдання молекулярно-кінетичної теорії: встановити зв’язок між макроскопічними і мікроскопічними параметрами речовини і, виходячи з цього, знайти рівняння стану даної ре­човини.

V.Домашнє завдання

Конспект.

Розв’яжіть задачі:

р1):

 1. На якому фізичному явищі заснований процес засолюван­ня овочів, риби, м’яса? консервування фруктів і овочів?

2. У якому випадку процес відбувається швидше — якщо розсіл холодний чи гарячий?

3. Чому солодкий сироп набуває з часом смаку фруктів?

 р2):

1. Якщо не працює вентиляція, найдрібніший пил де­ревини в столярному цеху годинами «висить» у повітрі навіть після вимкнення деревообробних верстатів. Чому?
2. Запах березового віника в спекотній лазні поширюється швидше, ніж у прохолодній кімнаті. Чому?
3. Під час ремонту дороги запах розігрітого асфальту від­чувається здалеку, а запах охололого асфальту майже не відчувається. Чому?

рЗ):

1. Близько 99-55 pp. до н. е. Тіт Лукрецій Кар писав:

«Дабы, ты лучше постиг, что тела основные мятутся

В вечном движеньи всегда, припомни, что дна никакого

Нет у Вселенной нигде, и телам изначальным остаться

Негде на месте, раз нет ни конца, ни пределу пространству,

Если безмерно оно и простерто во всех направленъях,

Как я подробно уже доказал на основе разумной».

Спробуйте пояснити цей вірш через призму МКТ.

2. Чому дим від вогнища, піднімаючись угору, стає неви­димим навіть у безвітряну погоду?

3. Чому полірування поверхонь, що труться, може при­звести не до зменшення тертя, а, навпаки, до збільшен­ня?