Мод пр Молекул и термод

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
УТВЕРЖДАЮ:
Заместитель директора
по учебной работе
« _»
20
« _»
20
« _»
20
« _»
20
г. ________
г._________
г. ________
г._________
Модульная программа
«Основы молекулярной физики и
термодинамики»
Дисциплина: Физика
Тольятти, 2013
Одобрена
протокол ПЦК естественнонаучных
дисциплин
от «___»______2013г №__
председатель ПЦК естественнонаучных
дисциплин
______________ Л.А.Гончарова
«___»________2013г
Согласованно
Методист
_______ Н.В.Роменская
«__»_________2013г
Модульная программа разработана Чертовой Е.Н. – преподавателем дисциплины «Физика» ГБОУ СПО
«ТПТ»
Модульная программа составлена в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Физика».
Модульная программа
«Основы молекулярной физики и термодинамики»
Комплексная дидактическая цель
Усвоив материал данного модуля вы будете знать:
*Основные положение МКТ
*Как определить размер, массу молекул и кол-во вещества
*Броуновское движение
*Какова сила взаимодействия молекул
*Строение газообразных, жидких и твердых тел
*Какой газ называется идеальный газом
*Среднее значение квадрата скорости молекул газа.
*Изопроцессы.
*Поверхностное натяжение жидкости. Смачивание.
*Влажность воздуха.
*Кристаллические и аморфные тела.
*Виды деформация твердого тела.
*Определение и формулу внутренней энергии.
*Определение КПД теплового двигателя.
Структура модульной программы
Основы молекулярно-кинетической
Термодинамика
теории.
Масса и размер молекул. Тепловое
Внутренняя энергия. Работа газа.
движение. Абсолютная температура.
Первый закон термодинамики.
Модель идеального газа. Изопроцессы. Необратимость процессов в природе.
Насыщенный и ненасыщенный пар.
Второй закон термодинамики.
Влажность воздуха. Поверхностное
Тепловые двигатели. КПД теплового
натяжение и смачивание. Аморфные и
двигателя.
кристаллические тела. Механические
свойства твердых тел.
Условные обозначения
указывается цель(-и) учения
? – контрольные вопросы (или вопросы для самоконтроля)
!- обратить внимание! это важно! суть!
◙ - практические задания
! Макроскопическими телами называются
УЭ-1
большие тела, состоящие из огромного числа
Изучив данный элемент, вы
молекул.
узнаете, какова цель МКТи ее ! Беспорядочное движение молекул называют
основные положения, а так же
тепловым движением.
сможите определять массу, размер и
• Цель МКТ – объяснение свойств
число молекул.
макроскопических тел и тепловых процессов,
протекающих в них, на основе представлений о
том, что все тела состоят из отдельных,
газ в баллоне, вода в стакане, камень
беспорядочно движущихся частиц.
…
! Основные положения МКТ
М. В. Ломоносов
1. Все тела состоят из частиц;
2. Эти частицы беспорядочно движутся;
3. Частицы взаимодействуют друг с другом.
Размер молекул.
◙ Капля масла объемом 1мм3 расплылась по
Дано:
V= Sd
d
V = 0,001 см3
S = 6000 см
V
S
d  1,7  10 7 см
2
m = 1г
V = 1см
d = 10-8см
N -?
Определить толщину (размер) молекулы.
d  10 8 см
Число молекул.
◙ Подсчитать приблизительное число молекул в
капле воды массой 1г (V = 1см3).
d-?
Дано:
поверхности воды, площадь которой 0,6м3.
N
V
d
N  3,7  10 22
m0  2,7  10 23
УЭ-2
Масса молекул
Масса отдельных молекул и атомов очень малы.
Изучив данный элемент, вы
сможите определять массу молекул.
Например, в 1 г воды содержится 3,7*10
молекул. Следовательно, масса одной молекулы
воды равна:
=2,7*10 г
• Относительная молекулярная масса
Mч 
m0
1 m0 c
12
! Относительной молекулярной (атомной) массой
вещества Mч называют отношение массы
1
молекулы данного вещества к 12 массы атома
Используйте таблицу Менделеева
углерода.
? Чему равна относительная молекулярная масса
углекислого газа CO2; углерода C; воды H2O.8б
! 1 моль – это кол-во вещества, в котором
содержится столько же молекул или атомов,
m
m
  ; N  N A  N A 
M
M
сколько атомов содержится в углероде массой
0,012 кг.
N A  6  10 23 моль 1
• Кол-во вещества  равно отношению числа
молекул N в данном теле к постоянной Авогадро
NA; т.е. к числу молекул в 1 моль вещества:
 
N
NA
Определите кол-во вещества и число
молекул, содержащихся в 1кг
углекислого газа.
• Молярная масса
M = moNa
m = moN
◙ определите молярную массу H2O
! Молярный массой вещества называют массу
вещества, взятого в количестве 1 моль
УЭ-3
Изучив данный элемент, вы сможите
Броуновское движение
узнать какое движение называется
! Броуновское движение – это тепловое движение
Броуновским; доказать
взвешенных в жидкости (или газе) частиц.
существование межмолекулярных
• Причина броуновского движения частицы
сил, а так-же строение твердых,
заключается в том, что удары молекул жидкости
жидких и газообразных тел
о частицу не компенсируют друг друга.
? Почему ваше тело не совершает броуновского
Р. Броун (1773-1858) англ. ботан.
движения? 8б
? В чём состоят идеи опытов Ж.Перрена? 8б
Как описывает Броуновское
движение немецкий физик
Силы взаимодействия молекул.
Р.Поль?(используйте учебную
Если молекулы существуют и движутся , то
литературу)
между ними обязательно должны действовать
силы. Без этого взаимодействия не было бы ни
Теория была создана в 1905г.
твёрдых, ни жидких тел.
А. Эйнштейном.
? Почему два свинцовых бруска с гладкими
Чтобы ответить на вопросы
поверхностями слипаются, если их прижать друг
используйте учебную литературу.
к другу, а кусочки мела прочно не соединяются?
Строение
Газ
Жидкость
Твердое тело
Плазма
• Газы.
Газы могут неограниченно расширяться. Они не
сохраняют ни формы, ни объема.
• Жидкости.
Жидкости текучи. Они не сохраняют своей
формы, но сохраняют объём
• Твердые тела.
Твердые тела сохраняют к форму и объем.
Твердые тела имеют кристаллическую решетку.
? Нарисуйте примерные траектории движения
молекул газа, жидкости и твердого тела. 8б
?Почему сжать жидкость почти так же трудно
,как и твёрдое тело?8б
УЭ-4
Идеальный газ в МКТ
Изучив данный элемент, вы сможите
• У разряженного газа расстояние между
дать определение идеального газа.
молекулами во много раз превышает их размеры.
В этом случае взаимодействие между молекулами
пренебрежимо мало, кинетическая энергия
Многочисленные удары молекул о
молекул много больше потенциальной энергии
стенки сосуда создают давление газа.
взаимодействия.
! Идеальный газ – это газ, взаимодействие между
молекулами которого пренебрежимо мало.
Я.И.Френель, позволил понять
основные свойства жидкости.
• Реальные разряженные газы ведут себя подобно
идеальному газу.
? В чем состоит идеальность модели реального
газа? 8б
• Среднее значение квадрата скорости молекул
(вывод формулы)
V12  V22  ...VN2
V 
N
_
2
V 2  Vx2  Vy2  Vz2
_
_
_
V  V  V  V z2
2
_
2
x
2
y
_
_
V x2  V y2  V z2
_
1 _
V x2  V 2
3
проекции
(ср. зн.)
УЭ-5
Изучив данный элемент, вы сможите
вывести формулу основного
• Основное уравнение МКТ газа.
_
_
1 _2
2
V

V
x
F  m0 n V x2 S ;
3
F
P
S ;
_
_
уравнения МКТ газа.
_
1
P  m0 n V 2
3
_
m0 V 2
E
2
_
Откуда в основном уравнении МКТ
p
2 _
nE
3
появляется множитель 1/3 ?
!Давление идеального газа пропорционально
произведению концентрации молекул на
среднюю кинетическую энергию
поступательного движения молекулы.
Повторение:Упражнение 11 №1-12
УЭ-7
! Поверхностное натяжение, стремление вещества
Изучив данный элемент, вы сможите
(жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток
дать определение поверхностного
своей потенциальной энергии на границе раздела с
натяжения жидкости; расчитать
др. фазой (поверхностную энергию). Определяется
площадь поверхности жидкости
как работа, затрачиваемая на создание единицы
(размерность Дж/м2)
площади поверхности раздела фаз.
! Согласно другому определению, поверхностное
натяжение – сила, отнесенная к единице длины
контура, ограничивающего поверхность раздела
фаз.
Площадь поверхности
С поверхностью жидкости связана свободная
энергия
(размерность Н/м)
А=βS
где — β коэффициент поверхностного натяжения,
— S полная площадь поверхности жидкости.
◙ Найти и записать формулу Лапласа для капли и
струи жидкости.
Способы определения
Статические методы:
1Метод поднятия в капилляре
2Метод Вильгельми
3Метод лежачей капли
4Метод определения по форме висячей капли.
5Метод вращающейся капли
Динамические методы:
1Метод дю Нуи (метод отрыва кольца).
2Сталагмометрический, или метод счета капель.
3Метод максимального давления пузырька.
4Метод осциллирующей струи
5Метод стоячих волн
6Метод бегущих волн
Чтобы ответить на вопрос
?Привести примеры проявления поверхностного
используйте учебную литературу.
натяжения жидкости.
! Смамчивание — это поверхностное явление,
заключающееся во взаимодействии жидкости с
поверхностью твёрдого тела или другой жидкости.
?Дать понятие смачивающей и несмачивающей
жидкости. 8б
◙Првести примеры смачивающей и
несмачивающей жидкости.
УЭ-8
Изучив данный элемент, вы сможите
! Влажность — показатель содержания воды в
измерять влажность воздуха в
физических телах или средах. Для измерения
домашних условиях; приборы для
влажности используются различные единицы,
измерения влажности воздуха, а так-
часто внесистемные.
же определение точки росы.
•Влажность обычно характеризуется количеством
воды в веществе, выраженным в процентах (%) от
первоначальной массы влажного вещества
(массовая влажность) или её объёма (объёмная
влажность).
•Влажность можно характеризовать также
влагосодержанием, или абсолютной влажностью
φ= р/ро •100%
— количеством воды, отнесённым к единице
массы сухой части материала.
•Относительная влажность характеризует
содержание влаги по сравнению с максимальным
количеством влаги, которое может содержаться в
веществе в состоянии термодинамического
равновесия. Обычно относительную влажность
измеряют в процентах от максимума.
?Какими приборами определяют влажность
воздуха? 8б
?Дать определение точки росы. 8б
УЭ-9
Изучив данный элемент , вы сможете
Кристаллические и аморфные тела
дать определение кристаллическим и
По своим физическим свойствам и молекулярной
аморфным телам; приводить
структуре твердые тела разделяются на два класса
примеры тел.
– аморфные и кристаллические.
•Характерной особенностью аморфных тел
является их изотропность, т. е. независимость всех
физических свойств (механических, оптических и
т. д.) от направления внешнего воздействия.
Молекулы и атомы в изотропных твердых телах
располагаются хаотично, образуя лишь небольшие
локальные группы, содержащие несколько частиц
(ближний порядок). По своей структуре аморфные
тела очень близки к жидкостям. Примерами
аморфных тел могут служить стекло, различные
затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д.
Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно
размягчается, и переход в жидкое состояние
занимает значительный интервал температур.
•В кристаллических телах частицы располагаются
в строгом порядке, образуя пространственные
периодически повторяющиеся структуры во всем
объеме тела. Для наглядного представления таких
структур используются пространственные
кристаллические решетки, в узлах которых
располагаются центры атомов или молекул
данного вещества. Чаще всего кристаллическая
решетка строится из ионов (положительно и
отрицательно заряженных) атомов, которые входят
в состав молекулы данного вещества. Например,
решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и
Домашнее задание
Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl .
«Выращивание кристаллов».
Такие кристаллы называются ионными.
◙Разобрать блок-схему
УЭ-10
•Деформация называется упругой, если после
Изучив данный элемент, вы сможите
прекращения действия внешних сил тело
распознавать виды дефрмации и их
принимает первоначальные размеры и форму.
применение .
Деформации, которые сохраняются в теле после
прекращения действия внешних сил, называются
пластическими (или остаточными). Деформации
реального тела всегда пластические, так как они
после прекращения действия внешних сил никогда
полностью не исчезают.
Сила, действующая на единицу площади
поперечного сечения, называется напряжением:
Виды деформации:
1.Растяжение
2.Сжатие
Разобрать диаграмму.
Чтобы ответить на вопрос
используйте учебную литературу.
3. Сдвиг
4. Кручение
5. Изгиб
◙Привести примеры всех видов деформации.
Резюме
УЭ-11
Изучив данный элемент, вы сможите
▲Внутренняя энергия тела (обозначается как E
или U) — это сумма энергий молекулярных
дать определение внутренней энергии взаимодействий и тепловых движений молекулы.
и способы ее изменения; понимать
Внутренняя энергия является однозначной
первый закон термодинамики.
функцией состояния системы. Это означает, что
всякий раз, когда система оказывается в данном
состоянии, её внутренняя энергия принимает
присущее этому состоянию значение, независимо
от предыстории системы. Следовательно,
изменение внутренней энергии при переходе из
одного состояния в другое будет всегда равно
разности между ее значениями в конечном и
начальном состояниях, независимо от пути, по
U=3/2*RT
которому совершался переход.
Внутреннюю энергию тела нельзя измерить
напрямую. Можно определить только изменение
внутренней энергии:
Первый закон термодинамики определяет
количественное соотношение между изменением
внутренней энергии системы дельта U,
количеством теплоты Q, подведенным к ней, и
суммарной работой внешних сил A, действующих
на систему.
Первый закон термодинамики - Изменение
внутренней энергии системы при ее переходе из
одного состояния в другое равно сумме количества
Чтобы ответить на вопрос
теплоты, подведенного к системе извне, и работы
используйте учебную литературу
внешних сил, действующих на нее:
(если затрудняетесь)
◙Запишите формулу закона, по определению.
Контроль знаний
Условия оценки
Вы можете сами определить глубину и качество ваших знаний, определить какую
итоговую оценку вы получите.
За выполнение заданий к учебным элементам-68 баллов.
За выполнение выходного теста вы должны набрать
120 баллов.
Если вы набирали от 71 до 80% от общего количества баллов, вы знаете материал
удовлетворительно (“3”),
хорошо (“4”)- от 81 до 91%
отлично (“5”)- от 91 до 100%.
Выходной тест
ВЫБЕРИТЕ ОДИН ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ
1.
А)1
2.
8баллов каждое задание
Изохорный процесс в идеальном газе представлен графиком
Б) 2
В)3
Выражение p1T = p2T1 при V= const, m = const является
А) законом Бойля-Мариотта,
В) законом Гей-Люссака,
Б) законом Шарля,
Г) уравнением Менделеева-Клапейрона.
3. При изотермическом процессе в газе не изменяется (при
т = const) его
А) давление,
Б) объем,
В) температура.
4. Обязательным признаком любого аморфного тела является
свойство
А) анизотропности,
В) пластичности,
Б) изотропности,
Г) твердости.
5. Изотермический процесс при т = const описывается уравнением
Л) p V  p V
2 2
B)
Б) p V
 p2V1
T)
1 1
1 2
pV 
m
RT
M
V1T2  V2T1
6. При нагревании газ переведен из состояния 1 в состояние 2. При этом его объем
A) V2 > V1
Б) V2 < V1
B)V2 =V1
7.Медленное сжатие воздуха в сосуде поршнем следует отнести к процессу
А) изотермическому,
Б) изобарному,
В) изохорному.
8.Средняя квадратичная скорость теплового движения молекул идеального газа при
увеличении абсолютной температуры газа в 4 раза увеличится в
А) 2 раза,
Б) 4 раза
В) 6 раз,
Г) 16 раз.
9.При увеличении абсолютной температуры (Т) газа в 3 раза (при п = const) давление
идеального газа увеличится в
А) 3 раза,
Б) 6 раз,
В) 9 раз.
10.Давление насыщенного пара при Т = const с уменьшением объема
А) увеличивается,
Б) уменьшается,
В) не изменяется.
УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ
11.Физическая величина
А) кг
_
1) U (среднее
значение
квадрата
скорости
молекул)
Единица измерения (СИ)
2
Б) моль
А) кг (килограмм)
В) м/с
Б) моль Г) м2/с2
2) m (масса
вещества)
3) v (количество)
вещества)
Д) моль-1
12.Температура по шкале Температура по шкале
Цельсия (t, °C) Кельвина (Т, К)
(Абсолютная температура)
1)30
2)-10
3)-273
А) 0
Б) 263
В) 5-16
Г) 303
13. Физическая величина
1) р (давление)
2) v (кол-во вещества)
Определение по формуле
A) nV
_
1
nm0  2
3
Б)
В)
N
V
Г)
m
M
ДОПОЛНИТЕ
14. При температуре 24°С и относительной влажности 62%
влажный термометр психрометра показывает °С.
15. При подвешивании груза проволока удлинилась на 6 см.
Груз вдвое большей массы вызовет удлинение .