Урок по теме "Атомистическая гипотеза строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Размеры молекул"

Разделы: Физика

Задачи урока:

  • познавательные: сформировать представления о структуре и содержании новой физической теории, организовать усвоение основных положений МКТ;
  • воспитательные: показать практическое значение знаний по молекулярной физике;
  • развивающие: раскрыть связь опыта и теории, формировать умение анализировать факты при наблюдении явлений.

Цели урока:

  • познакомить обучающихся с основными положениями МКТ и их опытными подтверждениями,
  • дать понятие о размерах молекул.

Тип урока: урок изучения нового материала.

План изложения нового материала:

  1. Основные положения МКТ.
  2. Опытные подтверждения МКТ.
  3. Оценка размеров молекул.

Демонстрации:

  1. Увеличение объема тела при нагревании. Шар Гравезанда.
  2. Окрашивание жидкости марганцовокислым калием.
  3. Смешивание воды и спирта.
  4. Диффузия в газах и жидкостях.
  5. Анимация “Диффузия” Ф.10 кл.
  6. Взаимодействие свинцовых цилиндров (фильм).
  7. Взаимодействие смоченных водой стекол.

Изложение нового материала

Сегодня мы приступаем к изучению нового раздела физики, который называется “Основы молекулярно-кинетической теории” (МКТ).

МКТ - учение, которое объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием частиц, из которых состоят тела.

Цель  урока: познакомиться с основными положениями молекулярно-кинетической теории и их опытными подтверждениями.

Название раздела говорит за себя: мы будем вести речь о ... молекулах.

Кто скажет: Что такое молекула?

I. Все, кто интересуется окружающим нас миром, хотели бы знать, как устроена материя. И даже не из праздного любопытства, а скорее всего для практических целей:

А) Томас Эдисон - изобретатель электрических лампочек, потратил годы в поисках материала, пригодного для нитей накала его ламп;

Б) Человек и в наши дни ищет и создает материалы с нужными ему свойствами:

  • так например, для создания самолетов нужны легкие и прочные;
  • для острых ножей, ножниц, бритв - стойкие и твердые;
  • для матрацев и подушек - легкие и мягкие;
  • для окон - прозрачные;
  • для ракетостроения - жаропрочные и т.д.

Отсюда видно, что вопрос о природе вещества имеет большое значение для нашего с вами благосостояния и является одной из вечных проблем физики.

Американский физик, лауреат Нобелевской премии Р.Фейнман (1918-1988) писал: “Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтожены и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, составленная из наименьшего количества слов и содержащая наибольшую информацию, - это была бы “атомная гипотеза...””.

Вот каково значение представлений о строении вещества!

II. Всегда ли существовала эта теория в том виде, в котором мы ее изучаем в школе? Каковы пути ее становления?

История МКТ

Еще в 4-ом веке до нашей эры греческий ученый Демокрит считал, что все вещества состоят из мельчайших частичек. Однако у древних греков эти идеи были не более чем гениальной догадкой.

В 17 веке атомистика возрождается вновь, но уже не как догадка, а как научная гипотеза.

Особенное развитие эта гипотеза получила в трудах Михаила Васильевича Ломоносова (1711 – 1765 г.), который пытался объяснить известные физические и химические явления, исходя из молекулярного строения вещества. Ломоносов причину тепла видел в движении частиц тела.

Таким образом, Ломоносовым были по существу сформулированы молекулярно-кинетические представления.

Во второй половине 19 века и в начале 20 века атомистика превратилась в научную теорию.

III. На что же опирается МКТ?

Основные положения МКТ:

1 - все тела состоят из молекул, между которыми есть промежутки;

2 - частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении;

3 - частицы вещества взаимодействуют друг с другом.

IV. Опытные подтверждения МКТ

Многие опыты подтверждают представления о строении вещества. Рассмотрим некоторые из них.

1 - все тела состоят из молекул, между которыми есть промежутки

Опыт 1. Шар Гравезанда

При нагревании тел объем увеличивается, вследствие чего увеличиваются и промежутки между частицами.

Доказывает наличие промежутков между частицами.

Опыт 2. Окрашивание воды марганцовокислым калием.

- Почему небольшим кристаллом КМnО4 можно окрасить воду?

- О чем свидетельствует проникновение одного вещества в другое?

Ответ: О существовании промежутков в веществе, т.е. о дискретности его строения.

Опыт 3. Смешивание 50 мл воды и 50 мл спирта.

V < V1 + V2

Доказывает наличие промежутков между частицами.

Опыт 4. Деформация шарика, пустой бутылки.

Уменьшается расстояние между частицами.

2 - частицы вещества хаотически движутся

Опыт 5. Диффузия газа.

  • Диффузия марганцовокислого калия в воде.
  • Распространение запахов одеколона, духов, нашатырного спирта.
  • Диффузия воды и медного купороса.
  • Стремление газа занять весь объем.

АНИМАЦИЯ “Диффузия” (Ф.10 кл)

Вопросы:

1. Почему распространение запахов служит аргументом в пользу гипотезы о тепловом движении молекул?

Ответ: скорость распространения запахов зависит от температуры.

2. Приведите примеры проявления диффузии в природе, применения в быту.

Ответ:

  • в природе: распространение запахов цветов, проникновение кислорода в водоемы, питание растений из почвы, в организмах человека и животных всасывание питательных веществ через стенки пищеварения.
  • в быту: распространение запаха бытового газа свидетельствует об утечке газа, благодаря диффузии происходит заваривание чая, кофе, засолка овощей, рыбы.

3 - взаимодействие частиц

Вопросы для беседы: - Как вы можете доказать, что частицы вещества взаимодействуют друг с другом?

Ответ: существование твердых тел, взаимодействие витков пружины при сжатии, растяжении.

Попробуйте разорвать капроновую нить, которая лежит у вас на столе.

- Что было бы, если бы частицы вещества не взаимодействовали?

Ответ: вещества распались бы на отдельные молекулы, не было бы ни твердых тел, ни жидкостей.

С другой стороны, если бы молекулы только притягивались, они слипались бы в чрезвычайно плотные сгустки.

Взаимодействие молекул имеет электрическую природу. Хотя молекулы, в целом, электрически нейтральны, распределение положительных и отрицательных зарядов в них таково, что на больших расстояниях (по сравнению с размерами самих молекул) молекулы притягиваются, а на малых расстояниях - отталкиваются.

Опыт 6. Взаимодействие свинцовых цилиндров. - Фильм

Вопросы: - зачем надо ровное зачищение поверхностей цилиндров?

- зачем надо плотно притирать их соединение?

- на основе какого результата опыта можно судить о силах взаимодействия частиц?

Опыт 7. Взаимодействие смоченных водой стекол (практическая работа)

Опыт 8. Почему трудно разорвать тонкую капроновую нить? (практическая работа)

Мы привели много опытных доказательств основных положений МКТ. Почему же до начала XX века людей, сомневающихся в существовании молекул, было еще очень много?

Молекулы слишком малы, их невозможно увидеть невооруженным глазом. В начале XX века техника достигла уровня, при котором можно рассмотреть даже отдельные атомы. Это позволяют сделать электронные микроскопы (или проекторы).

Кто знает, как выглядит электронный микроскоп?

Ничего общего он не имеет с обычным микроскопом (см.рис.)

Увеличивает в миллионы раз!! Устройство электронного проектора.

Фотографии, полученные с помощью электронного проектора, позволяют рассмотреть расположение атомов в веществе.

Получение фотографий молекул - это уже прямое доказательство существования атомов и молекул.

Увеличение проектора (n) равно отношению радиуса сосуда (R) к радиусу острия ( r ) и достигает двух миллионов. Именно поэтому удается видеть отдельные атомы.

n =

Диаметр атома вольфрама, определяемый с помощью ионного проектора, оказывается равным приблизительно 2 * 10–8см. Размеры атомов, найденные другими методами, оказываются примерно такими же. Размеры молекул, состоящих из многих атомов, естественно, больше.

Эти размеры так малы, что их невозможно себе представить. В таких случаях прибегают к помощи сравнения. Вот одно из них. Если молекулу воды увеличить до размеров яблока, то само яблоко станет размером с земной шар.

V. Оценка размеров молекул

Для полной уверенности в реальности существования молекул необходимо определить их размеры.

Рассмотрим сравнительно простой метод оценки размеров молекул. Известно, что нельзя заставить капельку оливкового масла объемом 1 мм3 расплыться на поверхности воды так, чтобы она заняла площадь более 0,6 м2. Можно предположить, что при растекании масла по максимальной площади оно образует слой толщиной всего лишь в одну молекулу. Толщину этого слоя нетрудно определить и тем самым оценить размеры молекулы оливкового масла.

Дано:

V = 1 мм3

S = 0,6 м2

Решение

Объем слоя масла равен произведению его площади поверхности S на толщину слоя d, Найти: d т.е. V = S d. Следовательно, размер молекулы оливкового масла равен: d =

d = = 1,7 * 10-9 м

Ответ: d = 1,7 * 10-9 м

VI. Отработка изученного материала

Вопросы обучающимся:

1. Приведите примеры доказательств существования молекул.

2. Приведите факты, показывающие делимость веществ.

3. В чем состоит явление диффузии?

4. Какие опыты доказывают, что между молекулами твердых и жидких тел действуют силы притяжения и отталкивания?

5. Почему полировка трущихся поверхностей может привести не к уменьшению трения, а, наоборот, к увеличению?

6. Как доказать, что кусок сахара состоит из частиц?

7. Как экспериментально доказать, что частицы сахара взаимодействуют между собой?

8. Как доказать, что частицы сахара движутся?

9. Почему в холодной воде сахар растворяется медленнее?

VII. Подведение итогов

VIII. Домашнее задание:

  • выучить основные положения МКТ,
  • привести опытные подтверждения основным положениям МКТ,
  • привести примеры диффузии в природе, быту, технике.

IX. Рефлексия: предлагается учащимся ответить на “вопросы”:

- Сегодня я узнал...

- Было интересно...

- Было трудно...

- Я понял, что...

- Я научился...

- Меня удивило...

Дается оценка своей учебной деятельности на уроке.