Строение жидкого тела. Презентация на тему: Строение газообразных, жидких и твердых тел

Молекулярно-кинетическая теория дает возможность понять, почему вещество может находиться
в газообразном, жидком и твердом состояниях.
Если в самых общих чертах попробовать представить себе строение газов, жидкостей и твердых тел, то можно нарисовать следующую картину.
Газы
В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз превышает размеры самих молекул (рис. 2.17). При атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в сосуде молекул газа.
Газы легко сжимаются, так как при сжатии газа уменьшается лишь среднее расстояние между молекулами, но молекулы не «сдавливают» друг друга (рис. 2.18). Молекулы (или атомы) стремительно, как бегуны-спринтеры, но значительно быстрее проносятся в пространстве. Сталкиваясь друг с другом, они непрерывно изменяют направление своего движения и разлетаются в разные стороны.
Слабые силы притяжения молекул газа не способны удержать их около друг друга. Поэтому газы не сохраняют ни формы, ни объема. Как бы мы ни увеличивали размеры сосуда, содержащего газ, последний заполнит его целиком без каких-либо усилий с нашей стороны.

Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.
Можно получить более глубокое представление о состоянии вещества, называемого реальным газом, если проследить за характером зависимости потенциальной энергии одной из молекул от расстояния до ее ближайших соседей (рис. 2.19). При перемещении молекулы ее потенциальная энергия на большей части пути почти точно равна нулю, так как расстояние между молекулами в газе в среднем гораздо больше их размеров. В точках 1 и 2 расположены ближайшие соседи рассматриваемой молекулы. Данная молекула проходит на довольно значительном расстоянии от соседа 1 и на более близком от соседа 2.
щ
Ё Oh
Рис. 2.19
Средняя по времени потенциальная энергия молекулы от-рицательна и очень мала. По модулю она численно равна пло-щади фигуры, ограниченной потенциальной кривой между точками 1 и 2 и осью г, деленной на длину отрезка 1-2 (среднее значение потенциальной энергии на отрезке 1 -2). Полная средняя энергия обязательно больше нуля (прямая на рис. 2.19), так как при Е 0 возможно лишь при условии, что средняя кинетическая энергия молекулы газа больше среднего значения ее потенциальной энергии
Ёк > \Ёр\, (2.6.1) так как Е = Ек + Ер, а Ер Жидкости
Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу (рис. 2.20), поэтому каждая молекула ведет себя иначе, чем молекула газа. Зажатая, как в клетке, другими молекула- ми, она совершает «бег на месте» (колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами). Лишь время от времени она совершает «прыжок», прорываясь сквозь «прутья клетки», но тут же попадает в новую «клетку», образованную новыми соседями. Время оседлой жизни молекулы воды, т. е. время колебаний около одного определенного положения равновесия, при комнатной температуре, как показывают расчеты, выполненные с применением законов статистической механики, равно в среднем Ю-11 с. Время же, за которое совершается одно колебание, значительно меньше (10~12-10~13с). С повышением температуры время оседлой жизни молекул уменьшается. Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установленный советским физиком Я. И. Френкелем, позволяет понять основные свойства жидкостей.
Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга. Поэтому при попытке изменить объем жидкости даже на малую величину начинается деформация самих молекул (рис. 2.21). Для этого нужны очень большие силы. Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей. Понять причину малой сжимаемости жидкости ничуть не сложнее, чем понять, почему так трудно втиснуться в переполненный автобус.
Жидкости, как известно, текучи, т. е. не сохраняют своей формы. Объяснить это можно так. Если жидкость неподвижна, то перескоки молекул из одного «оседлого» положения в другое происходят с одинаковой частотой по всем направлени-
1
>1
Френкель Яков Ильич (1894-1952) - выдающийся советский физик-теоретик, внесший значительный вклад в самые различные области физики. Я. И. Френкель - автор современной теории жидкого состояния вещества. Им заложены основы теории ферромагнетизма. Широко известны работы Я. И. Френкеля по атмосферному электричеству и происхождению магнитного поля Земли. Первая количественная теория деления ядер урана создана Я. И. Френкелем. Рис. 2.21
Рис. 2.22
Рис. 2.20 ям (см. рис. 2.20). Наличие внешней силы заметно не изменяет числа перескоков молекул в секунду, но перескоки молекул из одного «оседлого» положения в другое при этом происходят преимущественно в направлении действия внешней силы (рис. 2.22). Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда.
Для течения жидкости необходимо только, чтобы время действия силы было во много раз больше времени «оседлой жизни» молекулы, иначе кратковременная сила вызовет лишь упругую деформацию жидкости, и обычная капля воды поведет себя, как стальной шарик.
Теперь рассмотрим, как связаны средняя кинетическая и средняя потенциальная энергии молекулы жидкости. Каждая молекула жидкости взаимодействует сразу с несколькими соседями. Ограничимся учетом взаимодействия данной молекулы с двумя ближайшими соседями, находящимися примерно на расстоянии 2г0 друг от друга.
Искомую потенциальную кривую можно получить наложением кривой, изображенной на рисунке 2.15, а (парное взаи-модействие), на такую же кривую, смещенную относительно первой на расстояние, чуть большее 2г0. Потенциальные энергии складываются, поэтому глубина потенциальной ямы уве-личивается почти вдвое, а максимумы энергии уменьшаются (рис. 2.23). Ход потенциальной кривой с учетом взаимодействия с другими молекулами показан на рисунке 2.24.
Для того чтобы молекула не могла покинуть жидкость, ее средняя энергия должна быть отрицательна (Е в этом случае молекула останется внутри потенциальной ямы, образованной ее соседями. Если Е > 0, то молекула не удер-жится внутри жидкости и покинет ее.
Так как Е = Ец + Ер, и Ер Ёк Поэтому |.Е| |-Еро| - максимального (по модулю) значения потенциальной энергии. На рисунке 2.24 график средней энергии молекулы изображен отрезком прямой.
Колебания молекулы в потенциальной яме не продолжаются долго. Из-за хаотичности движения молекул их энергия не-прерывно меняется и становится то больше, то меньше средней энергии Е. Как только энергия молекулы превысит высоту потенциальной кривой (высоту потенциального барьера), отделяющей одну яму от другой, молекула перескочит из одного положения равновесия в другое.
Твердые тела
Атомы или молекулы твердых тел в отличие от жидкостей не могут разорвать свои связи с ближайшими соседями и колеблются около определенных положений равновесия. Правда, иногда молекулы изменяют положение равновесия, но происходит это крайне редко. Вот почему твердые тела сохраняют не только объем, но и форму.
Есть еще одно различие между жидкими и твердыми тела-ми. Жидкость можно сравнить с толпой, в которой люди бес-покойно толкутся на месте, а твердое тело, как правило, подобно стройной когорте, где люди хотя и не стоят по стойке «смирно», но выдерживают между собой в среднем определенные интервалы. Если соединить центры положений равновесия атомов или молекул твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической. На рисунках 2.25 и 2.26 показаны кристаллические решетки по-варенной соли и алмаза.
Рис. 2.25
Рис. 2.26
Если кристаллу не мешают расти, то внутренний порядок в расположении атомов приводит к геометрически правильным внешним формам.
Кривая потенциальной энергии взаимодействия молекулы твердого тела со своими ближайшими соседями (рис. 2.27) похожа на кривую потенциальной энергии взаимодействия молекул жидкости (см. рис. 2.24). Только глубина потенциальной ямы должна быть несколько больше, так как молекулы

Рис. 2.27
расположены ближе друг к другу. Условие |l?| выпол-няемое для жидких тел, выполняется и для твердых. Но кине-тическая энергия молекул твердого тела значительно меньше, чем молекул жидкости. Ведь твердые тела образуются при ох- лаждении. Соответственно в твердых телах средняя кинетическая энергия молекул значительно меньше абсолютного значения средней потенциальной энергии:
Ek « \ЁР\. (2.6.3)
На рисунке 2.27 средняя энергия молекулы внутри ямы изображена отрезком прямой. Частица совершает колебания у дна потенциальной ямы. Высоты потенциальных барьеров между соседними ямами велики, и молекулы почти не перемещаются из одного положения равновесия в другое. Для перемещения молекула должна получить энергию, значительно превышающую среднюю. Это событие маловероятно. Вот почему твердые тела в отличие от жидкостей сохраняют свою форму.
У газов средняя кинетическая энергия молекул больше средней потенциальной энергии. У жидкостей средняя кинетическая энергия немного меньше средней потенциальной, у твердых тел средняя кинети-ческая энергия много меньше средней потенциальной.

МБОУ «Мужевская СОШ им. Н.В.Архангельского»

Конспект открытого урока

по теме:

«Строение газообразных, жидких и твёрдых тел» в 10 классе.

Работу выполнил учитель физики

Лощаков Вячеслав Викторович

2014-2015 уч.год

Урок "Строение газообразных, жидких и твёрдых тел"

Цель урока: на основе МКТ объяснить особенности строения тел в различных состояниях, расширить кругозор учащихся по данному вопросу, показать неразрывную связь изучаемого материала с химией, математикой, способствовать развитию интереса к предмету, выработать внимание, трудолюбие, стремление к познанию окружающего мира.

Задачи урока:

Образовательные:

Способствовать овладению знаниями по теме “Строение газообразных, жидких и твёрдых тел”;

Установить характер зависимости сил притяжения и отталкивания от расстояния между молекулами;

Учиться решать качественные задачи.

Развивающие:

Развивать:

наблюдательность, самостоятельность;

логическое мышление

умение применять знания теории на практике;

содействовать развитию речи, мышления

Воспитательные:

Формирование представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы.

Формировать положительное отношение к предмету

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Форма урока: комбинированный

Оборудование и материалы: , компьютер, экран, мультимедийный проектор, демонстрационный материал: кусок льда, колбы различной формы с водой, эл.чайник с горячей водой, пластиковая бутылка с водой, колбы, различной формы, шприц, модели кристаллических решеток, различные материалы (сталь, чугун, медь, алюминий, пластмассы, смолы, подсолнечное масло и т.д.), воздушные шары, насос.

Ход урока

Организационная часть .

Учитель: Здравствуйте. В 1836 году русский поэт Фёдор Иванович Тютчев написал такие проникновенные строки (Слайд 1)

Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик –
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык.

2) Постановка целей и задач урока.

Атомы и молекулы могут располагаться в пространстве в самом причудливом порядке, составить различные вещества, которые под действием внешних условий (температуры, давления) могут находиться в различных агрегатных состояниях. (Слайд2)

Учитель: Кто назовет эти состояния?

Ответ: твердое, жидкое, газообразное.

Учитель: правильно, и есть еще одно, четвертое состояние вещества - плазма, но об этом мы поговорим на других уроках.

А сегодня мы рассмотрим строение газообразных, жидких и твердых тел. Откройте тетради и запишите тему урока:

“Строение газообразных, жидких и твёрдых тел”. (Слайд 3)

На партах у вас образец таблицы, перечертите её себе в тетрадь, мы заполним её в процессе урока. (Слайд 4)

состояние

вещества

расстояние

между

частицами

движение

взаимодействие

энергия

свойства

газообразное

жидкое

твердое

В качестве примера, рассмотрим самое распространённое вещество на Земле – воду. (Слайд 5)

Какой формулой в химии обозначается вода?

Ученик: Н 2 О.

Учитель: правильно, Н 2 О – одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Мы знаем, что вода бывает разная: твердая- лёд (демонстрирует кусок льда), жидкая- вода в стакане, газообразная – пар (наливает горячую воду из чайника).

(Слайд 5)

Отличаются ли молекулы льда и пара от молекулы воды?

Ученик: Нет.

Молекулы пара и льда также состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода.(Слайд 6)

Учитель: Зададимся вопросом: почему в одном случае вещество газообразное, в другом жидкое, а в третьем – твердое?

3) Этап объяснения нового материала

Найти ответ на этот вопрос позволяет молекулярно-кинетическая теория.

Вспомним основные положения МКТ, которые были впервые сформулированы великим русским ученым М.В.Ломоносовым.

Ученик :

все вещества состоят из частиц;

эти частицы беспорядочно движутся;

частицы взаимодействуют друг с другом.

Учитель:

Так как состав воды, льда и пара одинаков, то, очевидно, состояние вещества зависит от того, как частицы движутся и как взаимодействуют друг с другом..

Если в самых общих чертах представить себе строение газов, жидкостей и твердых тел, то можно нарисовать такую картину (демонстрирует таблицу с изображением молекул пара, воды, льда).

Учитель: Что можно сказать о взаимном расположении частиц в этих трех состояниях?

Ученик : *В газах частицы расположены далеко друг от друга, беспорядочно. *В жидкостях частицы расположены почти вплотную, порядка в расположении нет.

*В твердых телах молекулы расположены вплотную и в определенном порядке.

Учитель: Правильно. В газах расстояние между частицами в среднем во много раз превышает размеры самих частиц. Сжатие воздуха доказывает наличие больших расстояний между молекулами.

Быстрое распространение запахов доказывает, что молекулы газов движутся с большими скоростями, беспорядочно. Частицы газа подобно бегунам - спринтерам, стремительно проносятся в пространстве

Частицы сталкиваются друг с другом и разлетаются в разные стороны подобно бильярдным шарам. Слабые силы притяжения в газах не способны удержать частицы друг около друга. Поэтому газы могут неограниченно расширяться.

Напоминаю, что движущееся тело обладает кинетической энергией «Е к ». Энергию взаимодействия называют потенциальной «Е п ».

Вывод: вещество находится в газообразном состоянии, если энергия движения во много раз больше энергии взаимодействия.

Учитель: заполнили в таблице, в 1 строку

Состояние

вещества

Строение

Движение

Взаимодействие

Энергия

Свойства

газообразное

l>>r 0 .

беспорядочное

хаотическое,

υ » 100 м/с

Упругое столкновение,

F взаимодействия малы

Легко сжимаются.

Неограниченно расширяются.

Не сохраняют ни форму, ни объем

l ≈ r 0 .

Ближний порядок

Колебательное с перескоками,

Притяжение и отталкивание на расстоянии,

F взаимодействия достаточно велики

Е п › Е к

Плохо сжимаются Сохраняют объём

Текучи, легко меняют форму

l ≈ r 0

дальний порядок (кристаллическая решетка)

Колебательное около ОПР

Притяжение и отталкивание

F взаимодействия велики

Сохраняют объём и форму

Плохо сжимаются

Плохо растягиваются

Учитель: Записываем в тетрадь (СЛАЙД 7)

Легко сжимаются.

Могут неограниченно расширяться.

Не сохраняют ни форму, ни объём.

(Учащиеся выполняют запись в тетради.)

Учитель: переходим к жидкостям.

Ученик : *В жидкостях частицы расположены почти вплотную, порядка в расположении нет.

Учитель: Совершенно верно.

Молекулы жидкости находятся непосредственно друг возле друга . l ≈ r 0 . Этим и объясняется малая сжимаемость жидкостей. При попытке изменить объем жидкости (даже на малую величину) силы отталкивания становятся очень велики.

Зажатые, другими молекулами, они совершают как бы “бег на месте” (колеблются около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами). Лишь время от времени какая-нибудь молекула совершает “ прыжок”, но тут же попадает в новую «клетку», образованную новыми соседями. Нет свободного движения частиц- всегда есть взаимодействие сразу с несколькими ближайшими частицами. Потенциальная энергия взаимодействия больше кинетической энергии движения.

Характер молекулярного движения в жидкостях, впервые установленный советским физиком Яковым Ильичем Френкелем (портрет ученого на стр 158 учебника), позволяет понять основные свойства жидкостей.

Учитель: Записываем основные выводы по жидкостям (Слайд 9)

Сохраняют свой объём

Текучи, легко меняют форму

Принимают форму сосуда

Плохо сжимаются

Учитель: Твердые тела.

Ученик : *В твердых телах молекулы расположены вплотную и в определенном порядке.

Учитель: Да. l ≈ r 0 . Атомы или молекулы твердых тел в отличие от атомов или молекул жидкостей колеблются всегда около определенных положений равновесия. Это объясняется взаимодействием частиц. На каждую частицу действует большее число частиц, чем в случае с жидкостью, её положение более устойчиво, так как возникает дальний порядок. Если соединить эти положения, то получится пространственная решетка, её называют кристаллическая.

На стр. 159 учебника, рис. 8.9 и 8.10 изображены кристаллические решетки поваренной соли и алмаза. (Слайд 10)

Внутренний порядок в расположении атомов кристаллов приводит к правильным внешним геометрическим формам. Твердые тела сохраняют не только объем, но и форму.

Существует притяжение и отталкивание частиц, потенциальная энергия взаимодействия частиц значительно больше их кинетической энергии (больше, чем у жидкостей).

Алмаз и графит - это атомы одного и того же элемента углерода, но расположенные в разном порядке и имеющие разные кристаллические решетки.

Алмаз - самый твердый среди минералов, это царь всех камней. Он крепче всех веществ на свете, это свет солнца, сгустившийся в земле и охлажденный временем. Он играет всеми цветами, но сам остаётся прозрачным, точно капля воды. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни, алмазные буры используют при разведке недр. Через волочильные алмазы протягивают нити парашютной ткани, с помощью алмаза изготавливают тонкую проволоку твердых металлов .

Природный алмаз встречается редко, поэтому его получают искусственным путем.

Графит совершенно не похож на алмаз. Твердость графита столь незначительна, что он легко оставляет след на бумаге. Из него изготавливают стержни для карандашей.

Разрабатывая проблему синтеза алмаза из графита исследователи обратили внимание на материал, очень схожий по структуре с графитом -нитрит бора,- и получили алмазоподобный материал борнитрит (боразон). Он оказался даже тверже алмаза и термически более стойким (алмаз сгорает при температуре 627°С, а боразон - при 2000 °С). Боразон нашел широкое применение в технике. Так наука привела к созданию нового материала.

Записываем в тетрадь:

(Слайд 11)

Сохраняют объём и форму

Плохо сжимаются

Плохо растягиваются

Учитель: пришло время ответить на поставленный в начале урока вопрос: от чего зависит, что одно и то же вещество может находиться в разных агрегатных состояниях?

Ответы учащихся: От расстояния между частицами, от сил взаимодействия, т.е от того, как расположены молекулы, как они движутся и как взаимодействуют друг с другом. (Слайд14)

4) Этап закрепления пройденного материала. Игра “Что за состояние?” (СЛАЙДЫ 12-30)

Оценку “5” получает учащийся, набравший наибольшее количество баллов.

Учитель выставляет оценки в журнал.

5) Домашнее задание: § 60, ответить на вопросы после параграфа (Слайд 32)

6) Заключение

Учитель : Решать загадки можно вечно.
Вселенная ведь бесконечна.
Спасибо всем нам за урок,
А главное, чтоб был он впрок!

7) Подведение итогов урока.

Что нового узнали на уроке?

Ученик : Знание строения вещества необходимо для того, чтобы понимать все физические явления в природе.