Конспект жидкости и твердые тела
Обновлено: 06.07.2024
Молекулярно – кинетическая теория дает возможность понять, почему вещество может находиться в разных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
Внешними отличительными чертами этих состояний являются сжимаемость (изменение объема) и текучесть (сохранение формы).
С точки зрения молекулярно-кинетической теории, агрегатные состояния различаются по значению среднего расстояния между молекулами и характеру движения молекул друг относительно друга.
Увеличивая температуру газа при фиксированном давлении, можно получить частично, а затем полностью ионизованную плазму, которую часто считают четвертым состоянием вещества. С увеличением давления вещество может перейти в пятое – нейтронное – состояние, которое реализуется в природе в виде нейтронных звезд.
На основе МКТ рассмотрим различия и сходства теплового движения частиц газов, жидкостей и твердых тел.
Газы – это тела, в которых молекулы почти свободно хаотически двигаются в промежутках между столкновениями, во время которых резко меняется характер их движения. Согласно МКТ молекулы газа находятся друг от друга на расстояниях, превышающих размер самих молекул в несколько раз. В этом случае силы притяжения уже малы, поэтому, участвуя в хаотичном движении, молекулы газа могут удаляться на любое расстояние. Газ занимает объем сосуда любых размеров. Его можно существенно сжать под действием внешних сил.
Например, объем сосуда может в десятки тысяч раз превышать объем находящихся в нем молекул.
Газы легко сжимаются, если уменьшается среднее расстояние между молекулами, но форма молекулы не изменяется. Молекулы, двигаясь в пространстве с огромными скоростями - сотни метров в секунду, сталкиваются, затем отскакивают друг от друга в разные стороны подобно бильярдным шарам. Слабые силы притяжения молекул газа не способны удержать их друг возле друга.
Поэтому газы могут неограниченно расширяться. Они не сохраняют ни формы, ни объема.
Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа. Примером этому может служить воздушный шарик. Его невозможно надуть с одной стороны. Газ или воздух в шарике распространяется по всему объему.
Как можно судить о концентрации молекул внутри шарика? Чем больше газа внутри шарика, тем он плотнее накачан, т.е. становится более упругим.
Жидкости – это тела, образованные веществами, находящимися в состоянии, в котором не сохраняется форма тела под действием силы тяжести или небольшой нагрузки. Однако жидкость трудно сжимается даже под действием значительных сил.
Молекулы жидкости не образуют постоянной пространственной структуры; расположены друг от друга на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул, почти вплотную друг к другу, поэтому молекула жидкости ведет себя иначе, чем молекула газа. Характер движения этих молекул представляет собой множество колебаний относительно положения равновесия, в результате столкновения с соседними молекулами, т.е. временное оседлое положение, чередуется со скачками на новое оседлое положение.
В жидкостях существует так называемый ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам. Молекула колеблется около своего положения равновесия: здесь сила отталкивания равна силе притяжения, т. е. суммарная сила взаимодействия молекулы равна нулю. Время оседлой жизни молекулы воды: время ее колебаний около одного определенного положения равновесия при комнатной температуре, равно в среднем 10-11 с. Время же одного колебания значительно меньше 10-12-10-13 с. С повышением температуры время оседлой жизни молекул уменьшается.
Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установил советский физик Яков Ильич Френкель. Результаты его работы позволяют понять основные свойства жидкостей.
Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга. При уменьшении объема силы отталкивания становятся очень велики. Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей.
Жидкости текучи, т. е. не сохраняют своей формы, так как внешняя сила заметно не меняет числа перескоков молекул в секунду. Но перескоки молекул из одного оседлого положения в другое происходят преимущественно в направлении действия внешней силы. Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда.
Твердое тело – это агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы при значительных нагрузках (сравнимых с воздействием сил тяжести) и тепловым движением атомов в виде малых колебаний вокруг положений равновесия (отсюда возникновение деформаций лишь при больших внешних силах). Кроме того, расстояние между молекулами сравнимо с размером самих молекул, и между ними при сжатии возникают силы отталкивания (отсюда несжимаемость твердых тел).
Атомы или молекулы твердых тел, в отличие от атомов и молекул жидкостей, колеблются около определенных положений равновесия. По этой причине твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Потенциальная энергия взаимодействия молекул твердого тела существенно больше их кинетической энергии.
Есть еще одно важное различие между жидкостями и твердыми телами. Жидкость можно сравнить с толпой людей, где отдельные личности беспокойно толкутся на месте, а твердое тело подобно той же толпе людей, которые хотя и не стоят по стойке смирно, но выдерживают между собой в среднем определенные расстояния. Если соединить центры положений равновесия атомов или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.
На рисунках изображены кристаллические решетки поваренной соли и алмаза. Внутренний порядок в расположении атомов кристаллов приводит к правильным внешним геометрическим формам.
Различают кристаллические и аморфные твердые тела.
В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек, упорядоченность которых наблюдается лишь на расстояниях, сравнимых с межатомными.
В кристаллах периодичность в расположении этих точек наблюдается для сколь угодно отдаленных атомов.
С точки зрения МКТ эти свойства объясняются упорядоченным расположением атомов (молекул) в теле. Такое расположение длительное время не меняется.
Кристалл – это твердое тело, обладающее трехмерной периодической атомной или молекулярной структурой. Обычно такое тело имеет форму правильного симметричного многогранника. Крупные одиночные кристаллы называются монокристаллами. В природе встречаются монокристаллы различных размеров: от очень больших кристаллов кварца (до нескольких сотен килограммов) до мелких (россыпи кристаллов алмаза). Отличительной особенностью кристаллических тел является:
1) анизотропия монокристаллов (зависимость свойств от направления); например, если стеклянную банку положить, то её легко можно раздавить, встав на неё. Однако, если поставить банку, то она легко выдержит ваш вес;
2) наличие фиксированной температуры плавления.
Аморфное тело не имеет упорядоченной (кристаллической) структуры молекул, сохраняет форму только благодаря затрудненности перемещения молекул относительно друг друга.
При нагревании аморфное тело размягчается постепенно. Механические, тепловые и другие свойства одинаковы вдоль всех направлений такого тела.
Аморфное состояние характерно для молекул, имеющих большую длину по сравнению с поперечным размером самих молекул (органические полимеры, стекла). При продолжительном воздействии малой силы аморфные тела, как и жидкости, обнаруживают текучесть.
Кристаллическая решетка– это упорядоченное расположение атомов или молекул в определенных точках пространства.
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости – это величина равная работе, которую необходимо совершить, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу.
Угол смачивания – это угол, образованный поверхностью жидкости с поверхностью твердого тела, откладываемый внутри жидкости.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
4. Я.И. Перельман Занимательная физика. - М.: “Наука”, 1991.- С. 51 - 54
5. А.К. Кикоин О силах поверхностного натяжения. Квант. – 1983. - №12 – С. 27 - 28
Основное содержание урока
Каковы главные особенности в строении жидкости и твердого тела, которые отражаются на различии их физических свойств. Главными признаками при сравнении жидкости и твердого тела являются упорядоченность в расположении частиц и расстояния между ними.
В разных условиях одни и те же вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом состояниях. При этом одни и те же молекулы одного и того же вещества по-разному движутся и взаимодействуют друг с другом.
В модели кристаллов молекулы совершают только колебательные движения около точек, которые называются узлами кристаллической решетки.
Кристаллическая решетка – это упорядоченное расположение упорядоченное расположение определенных точках пространства.
Фаза – это равновесное состояние вещества, отличающееся по своим физическим свойствам от других состояний. Переход от одной фазы вещества к другой сопровождается изменением внутренней энергии системы.
Одно и то же вещество в твёрдом и жидком состояниях может иметь по нескольку различных фаз.
Твердые тела характеризуются высокой механической прочностью.
По сравнению с твердыми телами жидкости характеризуются большой подвижностью молекул, и как следствие, меньшей упорядоченностью молекул и их слабым взаимодействием.
Кроме кристаллов к твёрдым телам относя аморфные и жидкие кристаллы.
Аморфные тела – это твёрдые тела, в которых соблюдается только ближний порядок в расположении частиц и отсутствует определенная температура плавления. ряд явлений, присущих только жидкому состоянию вещества.
Среди свойств жидкости особую роль играют такие свойства, как поверхностное натяжение и смачивание. Молекулы поверхностного слоя жидкости находятся в условиях, отличающихся от условий существования молекул внутри её объёма.
На каждую молекулу поверхностного слоя действует результирующая сила со стороны остальных молекул, направленная вовнутрь жидкости. Таким образом, жидкость как будто находится под натянутой пленкой.
Поэтому, если жидкость оказывается без стенок сосуда и в условиях невесомости, то она приобретает форму с мини минимальной площадью поверхности, т.е. шара.
Среди свойств жидкости особую роль играют такие свойства, как поверхностное натяжение и смачивание.
При увеличении площади поверхности жидкости на некоторую величину внешними силами совершается работа.
Отношение этой работы к изменению площади поверхности называется коэффициентом поверхностного натяжения
Прикладывая внешнюю силу можно растягивать эту пленку, совершая работу против силы поверхностного натяжения.
Из формулы для работы внешних сил найдём
,
откуда
Учитывая тот факт, что у мыльной пленки две поверхности натяжения,
получим ещё одну формулу для коэффициента поверхностного натяжения жидкости
Коэффициент поверхностного натяжения равен силе, действующей со стороны поверхности жидкости на единицу длины контура (границы) поверхности и стремящейся уменьшить площадь этой поверхности.
Рассмотрим границу между жидкой и твердой фазой на примере жидкости в цилиндрическом сосуде.
Если этот угол меньше 90 0 , говорят имеет место смачивание; если – больше 90 0 , несмачивание. Если угол равен 0 0 , то такое явление называется растеканием (говоря другими словами - очень хорошее смачивание).
Поверхностное натяжение и смачивание является причиной такого явления как капиллярность - необычного поведения жидкостей в тонких трубках (капиллярах) и узких щелях.
В зависимости от смачивания или несмачивания жидкость в капиллярах может иметь высоту подъёма больше или меньше уровня свободной поверхности жидкости в большом сосуде. Формула высоты уровня жидкости в капилляре для случая идеального смачивания имеет вид
Разбор тренировочных заданий
1. На рисунках изображены разные моменты опыта по измерению высоты поднятия жидкости в капилляре.
Расположите рисунки в правильной временной последовательности.
Решение. В опыте капилляр опускается в жидкость, и жидкость поднимается до некоторого предельного уровня. Учитывая эту последовательность, расставим картинки
2. Ответьте на вопросы:
1.Найдите радиус капилляра (мм), если известно, что
2.Чему равен угол смачивания, если жидкость растекается по поверхности твердого тела?
3.Чему равен угол смачивания, если жидкость не смачивает твердое тело?
4.Приведите номер рисунка, верно отражающего явление капиллярности
5. выберите номер капилляра, в котором жидкость поднимется выше? Если
1.Из формулы для высоты поднятия жидкости в капилляре в случае хорошего смачивания имеем
Отсюда получим выражение для радиуса
вычислим r = (2*0,1)/(800*10*0,025) =0,001 м = 1 мм;
2.Если жидкость растекается, угол смачивания равен нулю (0 0 );
3.Есмли жидкость не смачивает твёрдое тело, угол смачивания равен 180 0 ;
4.Если в одну и ту же жидкость опустить два капилляра из одного и того же материала, смачивающегося данной жидкостью, но разного радиуса, то чем меньше радиус капилляра, тем больше высота уровня жидкости в капилляре. Верный вариант – 2;
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
ТЕМА:Свойства газов. жидкостей и твердых тел
Цель урока: Сформировать представления о строении вещества в различных агрегатных состояниях. Объяснить с точки зрения молекулярной теории характерные особенности внутреннего строения веществ в газообразном, жидком и твердом состояниях.
Обучающая: Развитие знаний о механических свойствах твердых тел, жидкостей и газов на основе представлений о молекулярном строении вещества.
Развивающая: Продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами, явлениями и причинами, их вызвавшими, выдвигать гипотезы, их обосновывать и проверять достоверность.
Тип урока: изучение нового материала
I. Организационная часть (приветствие, проверка готовности к уроку, эмоционального настроя)
II. Целеполагание и мотивация
Человек издавна пытался объяснить явления, происходящие в природе, познать не только слышимое, но и неслышимое, не только видимое, но и не видимое.
На какие три группы можно разделить следующие вещества: вода, камень, воздух, олово, спирт, сахар, природный газ, лед, кислород, растительное масло, алюминий, молоко, азот (данные вещества даны при комнатной температуре).
Вы разделили вещества на три группы: твердые, жидкие и газообразные. Многие из них мы привыкли видеть в каком-либо одном состоянии. Например, железо – в твердом, растительное масло – в жидком, водород – в газообразном. Однако есть и такие, которые в нашей жизни встречаются сразу в трех состояниях, КАКИЕ? например, вода: твердое состояние воды – лед, жидкое – вода, газообразное – водяной пар. Давайте попробуем разобраться, чем эти вещества отличаются друг от друга.
Как, по вашему мнению может звучать тема нашего урока?
Тема нашего сегодняшнего урока
Как вы думаете, какая цель будет стоять перед нами на этом уроке?
Цель, которую мы ставим сегодня перед собой: выяснить какими свойствами обладают твёрдые тел, жидкости и газы, объяснить эти свойства на основе знаний о различиях в расположении, движении и притяжении молекул.
Запись на доске (цель для учащихся)
Свойства твердых, жидких и газообразных тел
Расположение молекул в твердых, жидких и газообразных телах
Движение молекул в твердых, жидких и газообразных телах
Взаимодействие молекул твердых, жидких и газообразных телах
III. Первичное усвоение новых знаний
Чтобы систематизировать наши полученные знания о строении вещества, свойствах тел в разных агрегатных состояниях, заполним таблицу: (бланк у детей на столе)
Задания для исследовательской работы
1. Надуйте шарик. Какую часть шарика заполняет воздух? Какова форма газа?
2. Сожмите шарик рукой (измените его форму). Сохранился ли объём воздуха? Сохранилась ли его форма?
3. Заполните шприц воздухом, вытягивая поршень. Закройте отверстие пальцем и попробуйте его сжать. Легко ли сжать газ?
1. Измерьте объём жидкости с помощью мензурки?
2. Переливайте воду в сосуды разной формы? Какую часть сосуда заполняет жидкость? Сохраняет ли жидкость свою форму?
3. Вновь измерьте объём жидкости. Изменился ли её объём?
4. Заполните шприц водой. Закройте отверстие пальцем и попробуйте её сжать. Легко ли сжать жидкость?
3. Попробуйте сдавить тело рукой. Легко ли его сжать?
По результатам исследовательской работы заполняем таблицу
Не имеет формы
Не сохраняет объем
Не имеет формы
Сохраняет объём
Не сжимаема
Сохраняет форму
Сохраняет объем
Не сжимаемо
Расположение молекул
На большом расстоянии друг от друга, хаотично
Плотно упакованы, т.е. на небольшом расстоянии друг от друга
Упорядоченно, образуя кристаллическую решётку
Характер движения молекул
Движутся свободно по всему объему
Колеблются на месте, перескакивая с места на место
Колеблются на месте, около одного положения равновесия
Взаимодействие молекул
Очень сильное
Какие свойства твёрдых тел вам известны? Сохраняют форму и объём
Какие свойства жидкостей вы знаете? Сохраняют объём, но легко меняют свою форму
Какие свойства газов вам известны? Не сохраняют форму и объём Свойства твердых тел.
В каком состоянии находятся окружающие нас тела – парты, книги, тетради? (твердом)
Рассмотрим несколько твердых тел.
Какую форму они имеют? (правильную, параллелепипеда, цилиндра)
Попробуем изменить их форму: сжать или растянуть. Легко это сделать? (Нет.)
Можем мы определить объем твердых тел? Определим объем параллелепипеда.
Вывод: Твердые тела сохраняют форму и имеют объем. (Запись вывода на доске и в таблице).
Свойства жидкостей.
Теперь определим свойства жидкостей. Мы можем перелить её в различные сосуды. (Учитель переливает воду в сосуды различной формы, первый и последний раз в мензурки, для определения объема)
Что происходит с формой жидкости? (она меняется)
Какую форму принимает каждый раз жидкость? (форму сосуда)
Изменился ли при этом объем жидкости? (нет)
Вывод: жидкость легко меняет форму, но сохраняет объем. (Запись вывода на доске и в таблице). Эти свойства жидкости применяют при изготовлении изделий из стекла.
Свойства газов.
Выясним, какими свойствами обладают газы. Опыт с резиновым шариком: перевязывают шарик посредине ниткой, надувают одну половину воздухом, затем разрезают нить. Воздух занимает весь шарик.
Итак, газы занимают весь предоставленный объем. Теперь пробуем сжать шарик. Это нам легко удалось.
Что можем сказать о свойствах газов?
Вывод: Газ занимает весь предоставленный ему объем и легко сжимаем. (Запись вывода в таблице)
Как же можно объяснить эти свойства? Ведь вода, лед, водяной пар – это состояния одного и того же вещества, а значит, молекулы не отличаются друг от друга. Следовательно, нам надо выяснить, как эти молекулы расположены и как они движутся.
Газы. Так как газы заполняют весь предоставленный объём, не имеют формы и легко сжимаются, то следует предположить, что расстояние между молекулами во много раз больше самих молекул, они почти не притягиваются и свободно движутся. Это доказывает и диффузия, которая в газах происходит быстрее, чем в жидкостях и твёрдых телах. Но если газы сильно сжать или охладить они переходят в жидкое состояние. (Запись вывода на доске и в таблице).
Жидкости. Жидкости не сохраняют форму, они могут течь, их легко перелить. Но сжать их трудно. Это можно объяснить только тем, что при любом сближении молекул между ними возникает отталкивание, т.к. молекулы расположены близко друг к другу, расстояние между ними сравнимо с размером молекул. Они скачками меняют свое место – “прыгают”. (Запись вывода на доске и в таблице).
Твердые тела. Твердые тела сохраняют форму и объем. Это значит, что молекулы расположены на расстояниях, сравнимых с размером молекул. Молекулы расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решётку, при этом они совершают колебания около определенной точки. (Запись вывода на доске и в таблице).
Работа с учебником по рисунку (28.6 стр. 125) .
4. Этап обобщения и закрепления нового материала
Можно ли заполнить газом сосуд на половину его объема? Почему?
Могут ли быть в жидком состоянии при комнатной температуре: кислород?
Могут ли быть в газообразном состоянии при комнатной температуре: железо?
В зимний морозный день над полыньей в реке образовался туман. Какое это состояние вещества?
В копомещении, где находится хлорка, всегда чувствуется её запах. Объясните, в каком состоянии пребывает хлорка?
5. Заключительный этап
Что мы узнали о свойствах тел в различных агрегатных состояниях?
Как можно объяснить эти свойства, учитывая молекулярное строение вещества?
6. Рефлексия
На уроке я работал
Своей работой на уроке я
доволен / не доволен
Урок для меня показался
не устал / устал
стало лучше / стало хуже
Материал урока мне был
понятен / не понятен
полезен / бесполезен
интересен / скучен
Домашнее задание мне кажется
легким / трудным
интересно / не интересно
Д/з п 28,29, эксп зад стр 127
РЕЗЕРВ Вопросы:
Почему газы не сохраняют объем и легко сжимаются? ( Расстояние между молекулами велико, силы притяжения слабые, поэтому молекулы легко удаляются друг от друга и так же легко сближаются.
Почему газы не имеют формы и заполняют весь предоставленный объем? (Причина в свободном движении молекул и слабом их притяжении)
Почему жидкости сохраняют объем? (Взаимодействие между молекулами велико, следовательно они не способны “отрываться” друг от друга)
Почему жидкости не имеют своей формы и текучи? ( Молекулы жидкости подвижны, они способны перескакивать с места на место. В случае, если на жидкость подействует внешняя сила, например, притяжение к Земле, перескоки частиц будут происходить, в основном, в направлении ее действия (то есть вниз).
Чем объясняется не сжимаемость жидкостей? (Расстояние между молекулами достаточно мало. При сближении силы отталкивания резко возрастают, не позволяя молекулам сближаться)
Почему твердые тела сохраняют свою форму? (Причина кроется в характере движения молекул. Они колеблются около положений равновесия и свободно перемещаться не могут)
Почему твердые тела сохраняют свой объём? ( Взаимодействие между молекулами твердого тела огромное, поэтому они не могут отрываться друг от друга)
Чем объясняется не сжимаемость твердых тел? ( Расстояние между молекулами мало (соизмеримо с размерами молекул). При сближении силы отталкивания резко возрастают, не позволяя молекулам сближаться).
Урок разработан для учащихся 10 класса. На уроке ученики не только знакомятся с новой темой, но и учатся работать с мультимедийной обучающей программой "Живая физика".
| Вложение | Размер |
|---|---|
| stroenie_gazoobraznykhzhidkikh_i_tverdykh_tel.rar | 222.67 КБ |
Предварительный просмотр:
СТРОЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Соколова Анастасия Николаевна,
муниципальное общеобразовательное учреждение
“Средняя общеобразовательная школа №76” г.Саратова
Тема урока: " Строение газообразных, жидких и твердых тел "(10 кл)
- Обучающие: сформулировать основные особенности в строении газов, жидкостей и твердых тел; установить характер движения и взаимодействия молекул.
- Развивающие: развивать умение применять знания теории на практике, наблюдательность, самостоятельность, мышление учащихся посредством логических учебных действий.
- Воспитывающие: продолжить формирование представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы.
- развитие мотивов и смыслов учебно-познавательной деятельности;
- самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;
- формирование правильного представления о том, как надо задавать вопросы, в какой последовательности, что, по сути, является развитием мышления учащегося;
- формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы и излагать его.
- развитие познавательного интереса обучающихся и их творческих способностей;
- развитие ценностных ориентаций – осознание практической ценности знаний, их значимости в современной жизни;
- развитие умения планировать и регулировать свои действия в соответствии с поставленной задачей.
- развитие диалогической речи;
- развитие навыков сотрудничества;
- формирование правильного представления о том, как надо задавать вопросы, в какой последовательности, что, по сути, является развитием мышления учащегося.
- развитие умения ориентироваться в своей системе знаний: находить ответы на вопросы, используя свои знания, жизненный опыт и информацию, полученную на предыдущих уроках.
- основные особенности в строении газов, жидкостей и твердых тел.
- формулировать гипотезы, делать выводы, применять полученные знания на практике; строить модели строения воды, пара и льда в мультимедийной обучающей программе “Живая физика”.
Оборудование урока: мультимедийная обучающая программа “Живая физика”, компьютер.
Тип урока: комбинированный
Методы обучения: метод инверсии, метод коллективного поиска оригинальных идей, метод эвристических вопросов, исследовательский метод
Межпредметные связи: биология, химия
Способ организации: метапредметный урок
1.Организационный этап. (1 мин)
Проверить наличие учебных принадлежностей на столах учащихся. Отметить отсутствующих в журнале. Наладить дисциплину.
2.Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся. (2 мин)
Атомы и молекулы могут располагаться в пространстве в произвольном порядке, составить различные вещества, которые под действием внешних условий (температуры, давления) могут находиться в различных агрегатных состояниях.
– Кто назовет эти состояния? (твердое, жидкое, газообразное)
Сегодня на уроке мы рассмотрим разницу в строении газообразных, жидких и твердых тел, научимся строить компьютерные модели строения веществ в различных агрегатных состояниях. Откройте тетради и запишите тему урока: “Строение газообразных, жидких и твёрдых тел”.
3.Актуализация знаний. (2 мин)
В качестве примера, рассмотрим самое распространённое вещество на Земле – воду.
– Какой формулой в химии обозначается вода? (Н 2 О)
– Что значит эта формула? (один атом кислорода и два атома водорода)
Мы знаем, что вода бывает разная: твердая – лёд, жидкая – собственно вода, газообразная – пар.
– Отличаются ли молекулы льда и пара от молекулы воды? (Нет)
Молекулы пара и льда также состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
– А почему же в одном случае вещество газообразное, в другом жидкое, а в третьем – твердое?
4. Первичное усвоение новых знаний. (10–12 мин)
Молекулярно-кинетическая теория дает возможность понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях.
Газы. В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул ( рис.1 ). Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в нем молекул.
Газы легко сжимаются, при этом уменьшается среднее расстояние между молекулами, но форма молекулы не изменяется ( рис.2 ).
Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установленный советским физиком Я.И.Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей.
Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга. При уменьшении объема силы отталкивания становятся очень велики . Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей . Как известно, жидкости текучи, т. е. не сохраняют своей формы . Объяснить это можно так. Внешняя сила заметно не меняет числа перескоков молекул в секунду. Но перескоки молекул из одного оседлого положения в другое происходят преимущественно в направлении действия внешней силы ( рис.4 ). Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда.
Твердые тела. Атомы или молекулы твердых тел, в отличие от атомов и молекул жидкостей, колеблются около определенных положений равновесия. По этой причине твердые тела сохраняют не только объем, но и форму . Потенциальная энергия взаимодействия молекул твердого тела существенно больше их кинетической энергии.
Есть еще одно важное различие между жидкостями и твердыми телами. Жидкость можно сравнить с толпой людей, где отдельные индивидуумы беспокойно толкутся на месте, а твердое тело подобно стройной когорте тех же индивидуумов, которые хотя и не стоят по стойке смирно, но выдерживают между собой в среднем определенные расстояния. Если соединить центры положений равновесия атомов или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической .
На рисунках 5 и 6 изображены кристаллические решетки поваренной соли и алмаза. Внутренний порядок в расположении атомов кристаллов приводит к правильным внешним геометрическим формам.
У газа расстояние l между молекулами много больше размеров молекул r 0 : l>>r 0 .
У жидкостей и твердых тел l≈r 0 . Молекулы жидкости расположены в беспорядке и время от времени перескакивают из одного оседлого положения в другое.
У кристаллических твердых тел молекулы (или атомы) расположены строго упорядоченно.
Кристаллизация — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое.
5.Первичная проверка понимания. (1 мин)
– От чего зависит то, что одно и то же вещество может находиться в разных агрегатных состояниях? (от расстояния между частицами, от сил взаимодействия и от скорости движения молекул)
6.Первичное закрепление. (1 мин)
–Что нового вы узнали на урок?
7. Творческое применение и добывание знаний в новой ситуации (проблемные задания) (25–27 мин)
Модель “Строение газообразных веществ на примере водяного пара ”
- Запустите программу INTERACTIVE PHYSICS ;
- Создадим модель. Сначала построим элемент объема, в котором будет находится газообразное вещество. С помощью БРУСКОВ постройте элемент объема прямоугольной формы. Зафиксируйте стенки объема якорями .
3.Построим модель молекулы воды. Молекула воды состоит из одного иона кислорода и двух ионов водорода. Создадим ион кислорода. Выберите в шкафу ДИСК и создайте модель иона кислорода среднего размера. Настроим свойства иона. Двойным щелчком мыши по иону вызовите окно его свойств.
- Коэффициенты трения – 0, коэффициент упругости – 1;
- Масса: 2.900e-026 кг;
- Заряд: -3.200e-019 Кл;
- Тип объекта – 3D/Сфера.
Создадим модель иона водорода. В свойствах иона укажите:
- Коэффициенты трения – 0, коэффициент упругости – 1;
- Масса: 1.700e-027;
- Заряд: 1.600e-019;
- Тип объекта: 3D/Сфера.
С помощью копирования сделайте 7 ионов кислорода и 14 ионов водорода.
Свяжем ионы, чтобы они образовывали молекулу воды. Для этого выберем в шкафу ПРУТ и соединим ион кислорода с ионом водорода. Проделаем это для всех ионов.
4.Укажем направление движения ионов. Для этого выделим ион, поднесем указатель мыши к центру, нажмем на синюю точку и направим вектор скорости в нужную сторону.
5.Сделаем нашу модель красочной. Для этого выделяем каждый ион и выбираем ОКНО – ИЗОБРАЖЕНИЕ – ЦВЕТ.
“Спрячем” пруты. Для этого щелкните по пруту, в МЕНЮ выберите ОКНО, ИЗОБРАЖЕНИЕ. В появившемся окне свойств изображения пружины снимите галочку, около надписи ЕСТЬ.
Уберем ориентир круга. Для этого выбираем ОКНО – ИЗОБРАЖЕНИЕ и убираем галочку около нужной нам характеристики.
Поменяем цвет рамки. Сделаем это, так же как и с ионами. Вот что у нас получится ( рис.7 ) :
6.Настроим среду эксперимента. Сначала отключим гравитацию. Для этого в меню выберите СРЕДА, ГРАВИТАЦИЯ. В окошке поставьте метку, около НЕТ. Выключим режим электростатики. Для этого в меню выберите СРЕДА, ЭЛЕКТРОСТАТИКА. В появившемся окне настройки электростатики поставьте метку около НЕТ.
7.Модель готова. Запустите модель, щелкнув по кнопке СТАРТ . Закончив наблюдение, щелкните СТОП и СБРОС.
Модель “Кристаллизация молекулы воды ”
Модель строится аналогично предыдущей модели, отличие только в том, что молекулы, как и ионы нужно связать между собой.
Выполним аналогичное построение, внеся корректировку. Вот что у нас получится ( рис.8 ) :
8.Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению. (1 мин)
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 кл., §60, С. 157-160
Древние ученые считали, что всё на свете состоит из воды, земли, воздуха. Оказывается, в чем-то они были правы. Все вещества могут находиться в тех же состояниях, что вода, земля и воздух. Эти состояния называются жидким, твердым и газообразным. На этом уроке вы узнаете, чем отличаются эти состояния друг от друга и чем объясняются эти различия.
Читайте также: