1.1.

Теоретические основы молекулярной физики

Молекулярная физика и термодинамика - разделы физики, в которых

изучаются

макроскопические

процессы

в

телах,

связанные

с

огромным

числом содержащихся в телах атомов и молекул.

Молекулярная физика представляет собой раздел физики, изучающий

строение

и

свойства

веществ,

исходя

из

так

называемых

молекулярно-

кинетических представлений. Согласно этим представлениям:

1. Любое тело - твердое, жидкое или газообразное состоит из большого

количества весьма малых обособленных частиц-молекул.

2.

Молекулы

всякого

вещества

находятся

в

бесконечном

хаотическом

движении (например, броуновское движение).

3. Используется идеализированная модель идеального газа, согласно которой:

а). Собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с

объемом сосуда (разреженность).

б). Между молекулами отсутствуют силы взаимодействия.

в). Столкновение молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно

упругие.

4.

Макроскопические

свойства

тел

(давление,

температура

и

др.)

описываются

с

помощью

статистических

методов,

основным

понятием

которых

является

статистический

ансамбль,

т.е.

описывается

поведения

большого

числа

частиц

через

введение

средних

характеристик

(средняя

скорость, энергия) всего ансамбля, а не отдельной частицы.

Термодинамика в отличие от молекулярно-кинетической теории изучает

макроскопические

свойства

тел,

не

интересуясь

их

макроскопической

картиной.[5]

Термодинамика -

раздел

физики,

изучающий

общие

свойства

макроскопических

систем,

находящихся

в

состоянии

термодинамического

равновесия, и процессы перехода между этими состояниями.

В основе термодинамики лежат 3 фундаментальных закона, называемых

началами термодинамики, установленных на основании обобщения большой

совокупности опытных фактов.

Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика взаимно дополняют

друг

друга,

образуя

единое

целое,

но

отличаясь

различными

методами

исследования.

Термодинамическая

система

-

совокупность

макроскопических

тел,

которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с

другими

телами.

Состояние

системы

задается

термодинамическими

параметрами

-

совокупность

физических

величин,

характеризующих

свойства

термодинамической

системы,

обычно

в

качестве

параметров

состояния выбирающих температуру, давление и удельный объем.

Температура -

физическая

величина,

характеризующая

состояние

термодинамического равновесия макроскопической системы.

[ T ]

= K -

термодинамическая

шкала,

[t]

=

°C –

международная

практическая

шкала.

Связь

термодинамической

и

м/н

практической

температуры: Т = t + 273, например, при t = 20 °C T = 293 K.

Удельный обьем - это обьем единицы массы. Когда тело однородно т. е. ρ

= const,

то

макроскопические

свойства

однородного

тела

могут

характеризовать обьем тела V.

Молекулярно-кинетическая теория (м. к. т) идеальных газов.

Закон идеальных газов. В молекулярно – кинетической теории используется

идеализированная модель идеального газа.

Идеальным

газом называется

газ,

молекулы

которого

не

взаимодействуют друг с другом на расстоянии и имеют ничтожно малые

собственные размеры.

У

реальных

газов

молекулы

испытывают

действия

силы

межмолекулярного взаимодействия. Однако H

2,

He, O

2,

N

2

при н. у. (Т=273К,

Р=1,01 ·10

5

Па) можно приблизительно считать идеальным газом.

Процесс,

при

котором

один

из

параметров

(p, V, T, S)

остаются

постоянными, называются изопроцессами.

1.

Изотермический процесс Т=const, m=const, описываются законом

Бойля-Мариотта:

pV=const

1.

Изобарический п

роцес p = const оп

исывается законо

м Гей-Люссака

V=V

0

(1+ α t);

V=V

0

α T

терметический коэффициент обьемного расширения

град

-1

1.

Изохорический

процесс V = const

Описывается законом

Шарля

p = p

0

(1+ α t);

p = p

0

α T

-

характеризует

зависимость

объёма

от

температуры. α равен

относительному изменению объёма газа при нагревании его на 1 К. Как

показывает опыт,

одинаков для всех газов и равен

.

4. Моль вещества. Число Авогадро. Закон Авогадро.

Атомной массой (

) химического элемента называется отношение массы

атома этого элемента к 1/12 массы атома изотопа углерода С

12

А

r

=CINT (А) (А в таблице Менделеева)

Молекулярной массой (Mr) вещества называется отношение массы молекулы

э т о го

в е щ е с т в а

к

1 / 1 2

м а с с ы

ат о м а

и з о т о п а

у гл е р од а

С

12

Единица массы, равная 1/12 массы атома С называется атомной единицей

массы (а.е.м.) m =1 а.е.м.=1,66 ·10

-27

кг

Количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов или

молекул)

равное

числу

атомов

в

12

г

(0.012

кг)

изотопа

углерода

называется молем.

Число частиц содержащихся в моле вещества называется числом Авогадро.

Массу моля называют молярной массой μ. Молярная масса равна отношению

массы к количеству молей V , которое в нем содержится

Закон Авогадро: моли любых газов при нормальных условиях (Т=273 К,

р=1,01 ·10

5

Па) занимают одинаковый объём равный 22.41 ·10

-3

м

3

/моль.

В рамках данного курса учащиеся должны научиться:



объяснять

с

физической

точки

зрения

процессы

и

явления,

происходящие в природе, в быту, окружающем нас мире;



анализировать содержание явления (задачи), устанавливать причинно-

следственные связи;



фиксировать

в

сознании

внутренние

характеристики

физического

явления (задачи) как целостного объекта;



направлять усилия на изучение свойств замысла физической задачи с

помощью её модели с целью формирования общего способа её решения;



конкретизировать исходную задачу с целью превращения её в систему

частных задач, решаемых общим способом;



использовать знания и приемы деятельности в новых ситуациях;



управлять

собственным

познавательным

процессом

(определять

логическую последовательность, причинно-следственную связь, свойства

и т.д.);



использовать при решении физических вопросов и задач аналогии,

алгоритмы, схемы; таблицы, словари и т.д.;



выдвигать гипотезы, доказывать или опровергать их правильность;



делать выводы и аргументировать их;



самостоятельно работать с дополнительной литературой. [6]

Принципы организации учебной деятельности:

1

. Укрупнение

дидактических

единиц

и

структурирование

учебного

материала.

Учебный

материал

нужно

подавать

крупным

блоком,

с

логикой

развития раздела, темы, с наличием всех внешних и внутренних связей.

Каждая тема состоит из структурных единиц, связанных логически между

собой, выделенных при записи в тетради, с составленным, если возможно,

видеорядом для лучшего восприятия материала.

2. Творческая направленность учебно-воспитательного процесса

“Расположенность

к

творчеству

–

высшая

степень

проявления

активности человека”. Некоторые психологи называют проблему творческой

направленности

личности

“проблемой

века”.

Творческие

задания

способствуют положительной реализации творчески активного учащегося и

формируют личность, способную к самореализации в дальнейшей жизни.

Требования

к

реализации

творческого

акта:

отсутствие

внешнего

побудителя

;отсутствие

“потолка”,

ограничивающего

поле

деятельности;

необязательно уделять внимание на закономерности и проблемы, постановка

которых

не

является

необходимой;

отсутствие

жесткого

ограничения

времени; отсутствие единственного правильного решения.

Положительного

результата

можно

добиться,

лишь

учитывая

следующие особенности: положительная мотивация; система существующих

ценностей; личные особенности субъекта-ученика.

3. Формирование обще - учебных и специальных умений и навыков

Умениям,

формируемым

в

процессе

изучения

основ

наук

и

необходимым

для

их

успешного

изучения,

принадлежит

ведущая

роль.

Усвоение знаний, полное их осмысление, развитие способностей происходит

успешней,

если

одновременно

формируются

и

применяются

умения

и

навыки, этим знаниям соответствующие. Ведь современному производству

требуются

специалисты,

творчески

активные,

готовые

к

определенным

действиям

в

соответствии

с

поставленной

целью

на

основе

имеющихся

знаний, умений и навыков.

4. Формирование положительной самооценки учащегося

Стержнем воспитания является оценочная деятельность школьника, в

которую

в

первую

очередь

входит

самооценка,

собственно

оценка.

Оценивается,

прежде

всего,

труд

ученика

–

учебный,

производительный,

общественно-полезный. Добиться формирования положительной самооценки

можно, осуществляя целостный подход к процессу обучения и воспитания.

Задача учителя состоит в том, чтобы каждый ученик мог доказать самому

себе,

что

он

многое

может

сделать

сам.

Мотивация

должна

быть

положительной,

участие

ученика

в

учебно-воспитательном

процессе

добровольное.

5. Рациональное использование рабочего времени ученика и учителя

Учитель должен формировать учебную деятельность таким образом,

чтобы каждый ученик весь урок занимался активной учебной деятельностью,

а не наблюдал пассивно за действиями учителя или нескольких учеников.

Решает эти задачи развивающее дифференцированное обучение.[3]

1.2.Типовые задачи

1.

Оценить количество молекул воздуха в атмосфере Земли. [

≅

10

44

] [7]

2.

Сколько молекул содержится в 1 мм

3

воздуха при

давлении 10

−10

Па при температуре 27° С? [7]

3.

Два одинаковых сосуда, содержащие одинаковое число молекул азота,

соединены трубкой с краном. В первом сосуде средняя скорость

движения молекул равна v

1

= 400 м/с, а во втором — v

2

= 500 м/с.

Какова будет средняя скорость молекул, если кран открыть? Система

изолирована. [

≅

453 м/с ][4]

4.

Чему равна средняя энергия поступательного движения молекул азота,

если 2 кг его в сосуде объемом 2 м

3

оказывает давление 1,5×10

5

Па?

[10,5×10

−21

Дж][7]

5.

Найдите среднюю скорость молекул газа, если имея массу 6 кг, он

занимает объем 4,9 м

3

при давлении 200 кПа. [700 м/с][4]

6.

Разреженный газ вытекает и сосуда через очень маленькое отверстие.

При этом половина газа вытекает за время 10 с. За какое время вытечет

половина газа, если все линейные размеры сосуда, включая размеры

отверстия, увеличить в три раза? [30 c][7]

7.

Два баллона соединены трубкой с краном. В первом баллоне

объемом V

1

= 1 л находится газ при давлении p

1

= 1 атм. Во втором

(объем V

2

= 3 л) газ при давлении p

2

= 0,6 атм. Какое установится

давление, если кран открыть? T = const. [ 0.7 атм][7]

8.

При сжатии объем газа уменьшился от 7 л до 4 л. При этом давление

его возросло на 1,2 атм. Определить начальное давление газа, если T =

const. [1,6 атм][4]

9.

В сосуде вместимостью V=20 л находится газ количеством вещества

ν=1,5 кмоль. Определить концентрацию n молекул в сосуде.[7]

Дано: Решение:

V= 20 л

N

n

V

=

;

ν=1,5 кмоль

A

N

v

N

=

;

2 8 3

4,52*10

A

v

N

nм

V

-

==

.

n-? Ответ:

2 8 3

4,52*10

nм

-

=

.

10.

Газ массой m=58,5 г находится в сосуде вместимостью V=5 л.

Концентрация n молекул газа равна 2,2*10

26

м

-3

. Какой это газ?[7]

Дано: Решение:

m=58,5 г

;

A

m N

M N

=

*

;

A

m N

M

N

=

V=5 л

*

;

NnV

=

n= 2,2*10

26

м

-3

3

*

32*10.

*

A

m N

к

г

M

n

V

моль

-

==

M-? Ответ: кислород.