Методическая разработка урока по физике в 10 классе на тему: "Строение вещества. Молекула. Основные положения МКТ. Экспериментальное доказательство основных положений МКТ. Броуновское движение".

Тема. Строение вещества. Молекула. Основные положения МКТ. Экспериментальное доказательство основных положений МКТ. Броуновское движение.

Учитель: Швайко Лариса Анатольевна,

МБОУ «СШ №13» города Евпатории, РК

Цель урока: ознакомить учащихся с содержанием молекулярно-кинетической теории, её основными положениями; рассмотреть опыты, подтверждающие данную теорию; научить самостоятельно вести расчёт размера молекулы.

Оборудование: проектор, компьютер, презентация, таблицы.

Тип урока: урок новых знаний.

Ход урока

1. Орг.момент.

2. Подведение к теме занятия. Целеполагание.

Древняя легенда рассказывает, что Демокрит сидел на камне у моря, держал в руке яблоко и размышлял. «Если я сейчас это яблоко разрежу пополам, то у меня останется половина, если я эту половину снова разрежу на две – останется четверть. Но если и дальше продолжать, всегда ли у меня в руке будет оставаться часть яблока? Или же в какой-то момент оставшаяся часть уже не будет обладать свойствами яблока?» философ пришёл к выводу, что деление такое бесконечно не существует и назвал эту последнюю, уже неделимую частицу атомом.

В России развитие идей древних учёных о строении вещества продолжил М.В. Ломоносов, которым была создана молекулярно-кинетическая теория. Размеры молекул настолько малы, что увидеть их можно только с помощью электронного микроскопа, которого в то время ещё не было. Как же тогда была создана МКТ?

Предлагаю вам сформулировать тему и цель нашего сегодняшнего урока!

Сегодня мы с вами познакомимся с основными положениями молекулярно – кинетической теории , а также разберём опыты, подтверждающие данную теорию.

1. Актуализация опорных знаний.

Фронтальный опрос:

• Давайте вспомним, что такое атом?

Атом – наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств.

• Что такое молекула?

Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами.

• Что называется физическим телом?

Физическое тело - материальный объект, имеющий массу, форму, объем и отделённый от других тел внешней границей раздела.

• Что называется макроскопическим телом?

Макроскопическое тело – это тело, состоящее из огромного числа молекул.

• Что называется микроскопическими параметрами? Перечислите их.

Микроскопические параметры–параметры, характеризующие движение отдельной молекулы (масса молекулы, её скорость, импульс, кинетическая энергия и т.д.).

• Что называется макроскопическими параметрами? Перечислите их.

Макроскопические параметры – параметры, характеризующие свойства вещества как целого (масса вещества, давление, объем, температура).

• Что такое тепловые явления?

Тепловые явления – это явления, связанные с изменением температуры тела.

• Что называется тепловым движением?

Тепловое движение – беспорядочное (хаотичное)и непрерывное движение частиц, из которых состоит вещество.

• Что называется броуновским движением?

Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц.

• Дайте определение понятию диффузия.

Диффузия – процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества.

1. Изучение нового материала.

Изменение температуры оказывает влияние на все свойства тел. Кроме механических свойств тел (например, упругость) меняются сопротивление проводника, магнитные свойства, цвет тела и др.

Одна из основных задач молекулярной физики: найти законы, которые могли бы объяснить изменения в телах, когда с самими телами ничего не происходит с точки зрения механики.

Раздел физики, изучающий тепловые явления, называется молекулярной физикой.

Философы древности догадывались о том, что теплота – это вид внутреннего движения. Гипотеза Демокрита, что нет ничего, кроме атомов и пустого пространства, положила начало возникновению и развитию основных представлений МКТ.

Последовательная молекулярно-кинетическая теория начинает развиваться только в XVIII в. Большой вклад в развитие МКТ был сделан Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц тела. Огромный вклад в развитие атомной теории внесли Дмитрий Менделеев, Джон Дальтон, Амедео Авогадро.

В основе МКТ строения вещества лежат следующие утверждения:

1. Все вещества состоят из частиц, между которыми есть промежутки.

2. Частицы движутся хаотично и непрерывно.

3. Частицы взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания.

Молекулы одного и того же вещества одинаковы. Молекулы состоят из атомов. Все атомы систематизированы на основе периодического закона Менделеева.

Размеры молекул настолько малы, что увидеть их можно только с помощью электронного микроскопа, ионного проектора. Один из опытов по оценке размеров молекул провёл английский учёный Джон Рэлей.

Метод Рэлея: в широкий сосуд наливают воду и на её поверхность помещают каплю оливкового масла известного объёма. Капля растекается по поверхности воды и образовывается круглая плёнка. Площадь плёнки увеличивается, но затем растекание прекращается. Рэлей предположил, что толщина плёнки совпадает с размером одной молекулы, и решил определить её толщину. Таким образом, плёнку можно представить в виде цилиндра, плавающего на поверхности воды. S - площадь основания цилиндра, а d - его высота, равная диаметру молекул оливкового масла. Объем V слоя масла равен произведению его площади поверхности S=πR2 (где R – радиус масляного пятна на поверхности воды) на толщину d слоя, т.е. V = Sd.

Следовательно, линейный размер молекулы оливкового масла равен отношению объёма капли к площади плёнки:

Размер молекулы в данном опыте получался порядка:

.

Опытные подтверждения I положения МКТ:

закон Дальтона, дробление вещества; испарение жидкостей; расширение тел при нагревании; диффузия; деформация.

Опытные подтверждения II положения МКТ: диффузия; броуновское движение; стремление газа занять любой объем.

Опытные подтверждения III положения МКТ: деформация, смачивание, поверхностное натяжение жидкости, сохранение формы твёрдого тела.

Диффузия – процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объему. Скорость диффузии зависит от температуры и агрегатного состояния диффундирующих веществ. В некоторых случаях имеет место осмос - односторонняя диффузия молекул жидкости или газа через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора или газа разной концентрации.

Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц. Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости или газа о частицу не компенсируют друг друга.

Молекула – сложная система, состоящая из отдельных заряженных частиц: электронов и атомных ядер. В целом молекулы электрически нейтральны, тем не менее между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие.

Диаметр молекул зависит от температуры, но этой зависимостью пренебрегают, так как она незначительна электронов и атомных ядер соседних молекул.

Молекулы различных веществ взаимодействуют друг с другом. Силы взаимодействия зависят от типа молекул и расстояния между ними. Характер движения и расположения молекул определяет то или иное агрегатное состояние вещества.

При определённом расстоянии r₀ между молекулами сила притяжения становится равной силе отталкивания. Это расстояние считается равным диаметру молекулы и отсчитывается от их центров.

Если расстояния между молекулами превышают 2-3 диаметра молекул, то между молекулами действуют силы притяжения. По мере уменьшения расстояния между молекулами сила их взаимного притяжения сначала увеличивается, но одновременно увеличивается и сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону действия силы притяжения.

Если расстояния между молекулами становятся меньше размеров самих молекул, электронные оболочки атомов начинают перекрываться и быстро увеличивается сила отталкивания. Результирующая сила направлена в сторону силы отталкивания.

Потенциальная энергия взаимодействия молекул и сила межмолекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами.

1) При r₀= 𝑟 потенциальная энергия минимальна, сила притяжения равна силе отталкивания;

2) при   сила притяжения больше силы отталкивания;

3) при   сила притяжения меньше силы отталкивания.

Силы взаимодействия молекул являются консервативными силами (потенциальными). Макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия является сила упругости.

Поскольку молекулы совершают перемещения или колебания, они обладают скоростью, отличной от нуля. Таким образом, отдельная молекула характеризуется массой, импульсом, скоростью и энергией движения. Перечисленные параметры называются микроскопическими параметрами.

Микросостояние – это способ реализации макросостояния системы.

Основные характеристики молекул и их систем, способы их расчёта:

а) порядок диаметра молекул:

б) скорость движения молекул: сотни метров в секунду;

в) атомная единица массы (а.е.м.) равна   массы атома  , то есть:

Относительная молекулярная (или атомная) масса – отношение массы m₀ молекулы (или атома) данного вещества к   массы атома углерода  :

Молярная масса – масса одного моля вещества:

или

Моль – количество вещества, содержащее столько же молекул(атомов), сколько же содержится в углероде массой 0,012 кг.

Количество вещества – это отношение массы вещества к его молярной массе:

Количество вещества также равно отношению числа молекул в данном теле к постоянной Авогадро:

Число Авогадро – число молекул или атомов в 1 моле вещества:

Подсчёт броуновских частиц на разных высотах позволил французскому физику Жану Батисту Перрену определить постоянную Авогадро совершенно новым способом и выяснить, что распределение молекул по высоте определяют два фактора:

1) беспорядочное тепловое движение молекул газа;

2) действие на молекулы силы тяжести. Скорость теплового движения молекул увеличивается при повышении температуры газа и уменьшается с увеличением высоты.

1. Закрепление изученного материала.

Тест с последующей самопроверкой:

1. Что является главным доказательством молекулярно-кинетической теории?

1. размеры молекул;

2. масса молекул;

3. броуновское движение;

4. существование субатомных частиц.

2. Проникновение питательных веществ в корни растений происходит благодаря..?

1. атмосферному давлению;

2. конвекции;

3. диффузии;

4. испарению.

3. Какие силы действуют между частицами вещества?

1. только притяжения;

2. только отталкивания;

3. силы притяжения и отталкивания;

4. гравитационные силы.

4. Наибольшая упорядоченность в расположении частиц характерна для..?

1. кристаллических тел

2. аморфных тел

3. жидкостей

4. газов

5. Один моль - это количество вещества, ..?

1. в котором содержится столько же молекул (атомов), сколько молекул (атомов) содержится в углероде массой 0,012 кг

2. в котором содержится столько же молекул (атомов), сколько молекул (атомов)содержится в углероде массой 0.12 кг

3. в котором содержится столько же молекул (атомов), сколько молекул (атомов)содержится в углероде массой 1,2 кг

4. в котором содержится столько же молекул (атомов), сколько молекул (атомов)содержится в углероде массой 12 кг

6. Какой объем занимает 100 моль ртути?

Решение:

Плотность ртути:   (из табл. плотности веществ). С помощью таблицы Менделеева находим молярную массу ртути:

Записываем формулы массы:

Получаем формулу для объёма ртути:

Ответ: 1,5 л.

1. Подведение итогов урока. Выставление оценок в ЭлЖур.

• Молекулярная физика – это раздел физики, изучающий тепловые процессы на основе представлений о внутреннем строении вещества.

• Основу молекулярной физики составляет молекулярно-кинетическая теория – МКТ.

• Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

• Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский учёный М.В. Ломоносов. Основные положения его учения изложены в работе «Элементы математической химии» (1741) и ряде других.

• Содержание МКТ можно разделить на три основных утверждения, которые называются основные положения МКТ.

1. Все вещества состоят из молекул.

2. Частицы движутся хаотично и непрерывно.

3. Частицы взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания.

• В зависимости от расположения молекул и их поведения различают 3 агрегатных состояния вещества: твёрдое, жидкое и газообразное.

1. Рефлексия.

Вот и подошёл наш урок к концу!

Оцените свою работу на уроке, закончив предложения:

• Сегодня на уроке я узнал (а)…

• Я научился (лась)…

• Теперь я знаю, что …

• Меня удивило …

1. Домашнее задание:

1 уровень: читать §53-55, ответить на вопросы стр.179; выучить таблицы (см. Приложение 1);

2 уровень: читать §53-55, ответить на вопросы стр.179, решить стр.184 №А1-А2; выучить таблицы (см. Приложение 1);

3 уровень: читать §53-55, ответить на вопросы стр.179, решить стр.184 №А1-А2; выучить таблицы (см. Приложение 1); подготовить кроссворд по теме: «Основоположники молекулярной физики».

7