Положения МКТ. Основное уравнение МКТ.

10 КЛАСС

Основные положения МКТ. Основное уравнение МКТ.

Цели:

Обучающие: Познакомиться с положениями МКТ, познакомить с понятием идеального газа, вывести основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

Развивающие:

• развивать способности анализировать увиденное, логическое мышление и творческое воображение учащихся;

• учить устанавливать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях, формулировать эмпирические закономерности.

Воспитывающие: воспитывать ответственное отношение к учебе, положительное отношение к предмету физики.

Ход урока

1. Беседа с учащимися с использованием презентации

Начала вещей недоступны для глаза.

Выслушай то, что скажу, и ты сам, несомненно, признаешь,

Что существуют тела, которых мы видеть не можем.

Но не заполнено все веществом и не держится тесно

В веществах пустота существует.

• Все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки.

Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света.

• Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении.

Увидишь ты там, как много пылинок меняют

Путь свой от скрытых толчков и опять отлетают обратно,

Всюду туда и сюда разбегаясь во всех направленьях.

• Молекулы взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Возможные вопросы.

1. Докажите, что все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки?

2. В чем суть броуновского движения? Доказательством каких положений является броуновское движение?

3. Что такое диффузия? Доказательством каких положений является броуновское движение?

4. Зависит ли скорость диффузии от температуры?

5. О чем говорят опыты, показанные на слайде

6. Каковы размеры молекул?

7. Опишите словами модель взаимодействия между молекулами или атомами твердого тела.

Укажите особенности расположения и движения молекул в различных агрегатных состояниях.

Итак, мы знаем, что частицы в газах, в отличие от жидкостей и твердых тел, располагаются друг относительно друга на расстояниях, существенно превышающих их собственные размеры. В этом случае взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало и кинетическая энергия молекул много больше энергии межмолекулярного взаимодействия. Для выяснения наиболее общих свойств, присущих всем газам, используют упрощенную модель газа - идеальный газ.

Идеальный газ – это газ, у которого взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало (слайд13) (записываем в тетрадь)

Основные отличия идеального газа от реального газа:

1. Частицы идеального газа - сферические тела очень малых размеров, практически материальные точки.
2. Между частицами отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия.
3. Соударения частиц являются абсолютно упругими.

   Реальные разреженные газы действительно ведут себя подобно идеальному газу. Воспользуемся моделью идеального газа для объяснения происхождения давления газа.

Что же такое давление газа?

(Давление газа - это результат ударов молекул газа о стенки сосуда)

Сегодня мы с вами попытаемся ответить, от чего зависит давление газа?

Даю возможность учащимся сделать предположения, от чего может зависеть давление газа.

Выведем основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов

Пусть в некотором объеме есть молекулы, масса каждой m_o , их число равно N, и движутся они со скоростью v (очевидно, что скорости у всех молекул различны, однако среднее значение модуля скорости v вполне определенное)

Учитель делает рисунок на доске, учащиеся в тетрадях

При каждом ударе молекулы действуют на стенку сосуда с некоторой силой. Складываясь друг с другом, силы ударов отдельных частиц образуют некоторую силу давления, постоянно действующую на стенку, а значит и давление.

От чего же зависит давление газа?

Во-первых, от массы: чем больше масса молекулы, тем сильнее удар, значит здесь прямая пропорциональная зависимость давления от массы

Запишем: 1) р m_o 

Во-вторых, от скорости: чем быстрее движутся молекулы, тем сильнее будут удары, а значит и давление.

Запишем: 2) р v

В-третьих, есть еще одна зависимость от скорости: чем быстрее движутся молекулы, тем чаще удары, а значит и давление.

Запишем:3) р v

В-четвертых, давление газа зависит от числа молекул в данном сосуде, а точнее от концентрации n.

Концентрация – физическая величина, равная числу молекул, содержащихся в единице объема (n = N/V )

(определение концентрации и единицы измерения записываем в тетрадь)

Запишем: 4) р n

В результате получаем: давление газа прямо пропорционально концентрации частиц, массе частицы и квадрату скорости частицы

Это и есть основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. В этом уравнении коэффициент 1/3 означает, что в трехмерном пространстве только треть молекул участвует в движении в определенном направлении (по оси х, например).

Мы получили основное уравнение МКТ идеального газа из общих соображений, но его можно строго вывести, опираясь на законы классической механики (§ 63 , Мякишев Г.Я.)

Это уравнение можно записать по-другому, если умножить и разделить правую часть уравнения на 2.

P = 2/3· n·Ек, где Ек = m_o·v² /2

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул

II. Закрепление изученного материала.

V. Решение задач

1 вариант

• В стеклянную бутылку налили воды и поместили её в морозильную камеру. Что произойдёт с бутылкой и почему?

• Для чего на точных измерительных приборах пишут температуру, в основном 20 °С?

• На улице вблизи хлебозавода чувствуется запах хлеба. Почему?

• Почему при сварке металлов необходима очень высокая температура?

• В ампуле содержится водород (Н2). Определите давление газа, если его концентрация равна 2· 10²² м ^-3  , а средняя квадратичная скорость движения молекул водорода 500 м/с.

2 вариант

• Почему сложенные вместе стёкла трудно разъединить?

• Поваренная соль, помещенная в воду, через некоторое время после ее растворения, равномерно распределяется по всему объему. Почему?

• Почему вблизи твердых кусочков йода серебряная ложка темнеет, покрываясь тонким слоем йодистого серебра?

• Почему пыль, представляющая частицы твердого вещества, довольно долго удерживается в воздухе во взвешенном состоянии?

• Давление 100 кПа создается молекулами газа массой 3*10^-26 кг при концентрации 10²⁵м^-3. Чему равна средняя квадратичная скорость движения молекул?

VI. Задание на дом.

§ 61, § 63, Физика 10 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б Буховцев, записи в тетради, упр. 11 (задачи 8,9)

VII. Подведение итогов урока.

Если человечество и плоды его трудов исчезнут и для будущих поколений разрешено будет оставить одну фразу, то это будет следующее:

• вещество состоит из частиц;

• частицы движутся;

• взаимодействуют между собой.

Поясни почему?

1 вариант

• В стеклянную бутылку налили воды и поместили её в морозильную камеру. Что произойдёт с бутылкой и почему?

• Для чего на точных измерительных приборах пишут температуру, в основном 20 °С?

• На улице вблизи хлебозавода чувствуется запах хлеба. Почему?

• Почему при сварке металлов необходима очень высокая температура?

• В ампуле содержится водород (Н2). Определите давление газа, если его концентрация равна 2· 10²² м ^-3  , а средняя квадратичная скорость движения молекул водорода 500 м/с.

2 вариант

• Почему сложенные вместе стёкла трудно разъединить?

• Поваренная соль, помещенная в воду, через некоторое время после ее растворения, равномерно распределяется по всему объему. Почему?

• Почему вблизи твердых кусочков йода серебряная ложка темнеет, покрываясь тонким слоем йодистого серебра?

• Почему пыль, представляющая частицы твердого вещества, довольно долго удерживается в воздухе во взвешенном состоянии?

• Давление 100 кПа создается молекулами газа массой 3*10^-26 кг при концентрации 10²⁵м^-3. Чему равна средняя квадратичная скорость движения молекул?

1 вариант

• В стеклянную бутылку налили воды и поместили её в морозильную камеру. Что произойдёт с бутылкой и почему?

• Для чего на точных измерительных приборах пишут температуру, в основном 20 °С?

• На улице вблизи хлебозавода чувствуется запах хлеба. Почему?

• Почему при сварке металлов необходима очень высокая температура?

• В ампуле содержится водород (Н2). Определите давление газа, если его концентрация равна 2· 10²² м ^-3  , а средняя квадратичная скорость движения молекул водорода 500 м/с.

2 вариант

• Почему сложенные вместе стёкла трудно разъединить?

• Поваренная соль, помещенная в воду, через некоторое время после ее растворения, равномерно распределяется по всему объему. Почему?

• Почему вблизи твердых кусочков йода серебряная ложка темнеет, покрываясь тонким слоем йодистого серебра?

• Почему пыль, представляющая частицы твердого вещества, довольно долго удерживается в воздухе во взвешенном состоянии?

• Давление 100 кПа создается молекулами газа массой 3*10^-26 кг при концентрации 10²⁵м^-3. Чему равна средняя квадратичная скорость движения молекул?

Все состоит из атомов…

Вещи отличаются друг от друга атомами, из которых состоят, их порядком и положением…

Греческий ученый

Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.)

Атом есть часть тела, не состоящая из каких-либо других наименьших и отличающихся от него тел

Русский ученый

М.В. Ломоносов (1711-1765)

Основные положения МКТ

Экспериментальное подтверждение

Начала вещей недоступны для глаза.

Выслушай то, что скажу, и ты сам, несомненно, признаешь,

Что существуют тела, которых мы видеть не можем.

Но не заполнено все веществом и не держится тесно

В веществах пустота существует.

• Все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки.

Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света.

• Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении.

Увидишь ты там, как много пылинок меняют

Путь свой от скрытых толчков и опять отлетают обратно,

Всюду туда и сюда разбегаясь во всех направленьях.

• Молекулы взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Опытное обоснование

1. Все вещества состоят из молекул

• возможность механического дробления вещества;
• растворение вещества в воде;
• диффузия;
• сжатие и расширение газов.

Опытное обоснование

2. Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении.

• диффузия;
• броуновское движение.

Опытное обоснование

3. Молекулы взаимодействуют между собой.

Для разрыва твердого тела необходимо некоторое усилие, и в то же время твердые и жидкие тела трудно сжимаемы.

Капли жидкости, помещенные в непосредственной близости друг от друга, сливаются.

Газы обладают хорошей сжимаемостью

Основные положения МКТ

Экспериментальное подтверждение

Все вещества состоят из молекул

Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении

Молекулы взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Основные положения МКТ

Экспериментальное подтверждение

Все вещества состоят из молекул

Возможность механического дробления вещества, растворение веществ в воде, диффузия, сжатие и расширение газов.

Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении

Молекулы взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Основные положения МКТ

Экспериментальное подтверждение

Все вещества состоят из молекул

Возможность механического дробления вещества, растворение веществ в воде, диффузия, сжатие и расширение газов.

Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении

Диффузия. Броуновское движение мелких, взвешенных в жидкости частиц под действием ударов молекул.

Молекулы взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Основные положения МКТ

Экспериментальное подтверждение

Все вещества состоят из молекул

Возможность механического дробления вещества, растворение веществ в воде, диффузия, сжатие и расширение газов.

Молекулы находятся в непрерывном тепловом хаотическом движении

Диффузия. Броуновское движение мелких, взвешенных в жидкости частиц под действием ударов молекул.

Молекулы взаимодействуют между собой: одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания.

Для разрыва твердого тела необходимо некоторое усилие, в тоже время твердые и жидкие тела трудно сжимаемы. Капли жидкости, помещенные в непосредственной близости друг от друга. Сливаются.

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

ЖИДКОЕ

ТВЕРДОЕ

ГАЗООБРАЗНОЕ

А. Молекулы движутся с огромными скоростями.

Б. Тела сохраняют форму и объем.

В. Атомы колеблются около положения равновесия.

Г.Расстояние между молекулами превышает размер молекул.

Д.Молекулы колеблются, перио-дически перескакивая на новое место.

Е. Тела сохраняют объем, но не сохраняют форму.

1. Твердые тела.

2. Жидкости.

3. Газы.

А-3

Б-1

В-1

Г-3

Д-2

Е-2

Ответы :

Реальный газ

• Молекулы реального газа не являются точечными образованиями, диаметры молекул лишь в десятки раз меньше расстояний между молекулами.

2. Молекулы не взаимо- действуют по законам упругих столкновений.

Идеальный газ

(модель)

1. Совокупность большого числа молекул массой m 0 , размерами молекул пренебрегают (принимают молекулы за материальные точки).

2. Молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга и движутся хаотически.

3. Молекулы взаимодействуют по законам упругих столкновений , силами притяжения между молекулами пренебрегают.

4. Скорости молекул разнообразны, но при определенной температуре средняя скорость молекул остается постоянной.

Зависимость давления идеального газа от :

• Массы молекул

• Концентрации молекул

• Скорости движения молекул

1 вариант

• В стеклянную бутылку налили воды и поместили её в морозильную камеру. Что произойдёт с бутылкой и почему?
• Для чего на точных измерительных приборах пишут температуру, в основном 20 °С?
• На улице вблизи хлебозавода чувствуется запах хлеба. Почему?
• Почему при сварке металлов необходима очень высокая температура?
• В ампуле содержится водород (Н2). Определите давление газа, если его концентрация равна 2 ·  10 22 м -3   , а средняя квадратичная скорость движения молекул водорода 500 м/с.

2 вариант

• Почему сложенные вместе стёкла трудно разъединить?
• Поваренная соль, помещенная в воду, через некоторое время после ее растворения, равномерно распределяется по всему объему. Почему?
• Почему вблизи твердых кусочков йода серебряная ложка темнеет, покрываясь тонким слоем йодистого серебра?
• Почему пыль, представляющая частицы твердого вещества, довольно долго удерживается в воздухе во взвешенном состоянии?
• Давление 100 кПа создается молекулами газа массой 3*10 -26 кг при концентрации 10 25 м -3 . Чему равна средняя квадратичная скорость движения молекул?

• Если человечество и плоды его трудов исчезнут и для будущих поколений разрешено будет оставить одну фразу, то это будет следующее:
• вещество состоит из частиц;
• частицы движутся;
• взаимодействуют между собой.

• § 55-60, Упр 11 № 1,2
• Найти в учебнике и повторить основные понятия молекулярной физики.
• Выучить формулы