Будова речовини. Будова атома. Залежність швидкості руху атомів і молекул від температури тіла. Дифузія. Лабораторна робота № 6 “Дослідження явища дифузії в рідинах і газах”

Розділ 2. БУДОВА РЕЧОВИНИ

УРОК № 10

ТЕМА. Будова речовини. Будова атома. Залежність швидкості руху атомів і молекул від температури тіла. Дифузія.

Лабораторна робота № 6 “Дослідження явища дифузії в рідинах і газах”

Мета: сформувати уявлення про атоми та молекули, залежність швидкості їх хаотичного руху від температури, ознайомити з явищем дифузії; розвивати в учнів уміння спостерігати й встановлювати причинно-наслідкові зв’язки; формувати інтерес до вивчення фізики.

Тип уроку: урок вивчення нового

Обладнання: таблиці із зображенням атомів і молекул, склянки з розчином мідного купоросу (чи калій перманганату), флакон із пахучою речовиною, моделі молекул води, водню, кисню.

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань

Вивчення теми слід розпочати з актуалізації знань учнів, отриманих на уроках природознавства, а також життєвого досвіду, набутого ними в повсякденному житті (три агрегатних стани води, зміна об’єму тіл під час зовнішньої механічної дії на них та зміни температури, поширення запахів, випаровування). Упродовж актуалізації опорних знань проводять відповідні досліди. (Демонстрація)

– Що таке фізичне тіло? Наведіть приклади.

– Що таке речовина? Наведіть приклади.

Історичний аспект розвитку поглядів на будову речовини

I етап – давньогрецькі вчені (зокрема, Демокріт) близько 2500 років тому дійшли висновку, що тіла, які нас оточують, лише здаються нам суцільними (неподільними), а в дійсності складаються з дрібних, невидимих оку частинок, які вони називали атомами (“атом” – з грецької мови – “неподільний”).

II етап – М. В. Ломоносов робить висновок: “Фізичні тіла розділяються на дуже малі частинки, невидимі людським оком, тобто тіла складаються з невідчутних фізичних частинок”.

III етап – лише в XX ст. наука надала численні прямі докази існування атомів і молекул. Серед них – зображення молекул, отримане з допомогою електронного і іонного мікроскопів. Термін “молекула” введено французьким ученим П’єром Гасенді.

II. Вивчення нового матеріалу

Що ж нам відомо на сучасному етапі про атоми і молекули?

1. Речовина складається з молекул, молекули – з атомів, атоми – з більш елементарних частинок. Своєю будовою атом нагадує нашу Сонячну систему: посередині крихітне ядро, навколо якого рухаються електрони. Ядро має позитивний електричний заряд, а електрони – негативний. Між ними діє сила електричного притягання. Вона й не дає електронам покинути атом. Діаметр ядра в 100 000 разів менший, ніж діаметр атома! До складу ядра входять два типи частинок: нейтрони (нейтральні частинки) та протони (вони мають позитивний електричний заряд). Атом загалом не має заряду, тобто він нейтральний. Ця модель атома запропонована Резерфордом і називається ядерною (планетарною) моделлю.

2. Залежно від агрегатного стану речовини молекули знаходяться на певній відстані одна від одної. (Доказом наявності проміжків між молекулами твердих тіл може слугувати той факт, що під великим тиском – декілька тисяч атмосфер – масло просочується крізь товстостінну сталеву посудину, у якій воно знаходиться. Маленькі крапельки масла виступають на зовнішній поверхні, не призводячи до її руйнування.)

3. Молекули взаємодіють між собою із силами притягання і відштовхування (сили відштовхування набагато більші, ніж сили притягання на малих відстанях, але досить швидко зменшуються, якщо збільшити відстань між молекулами).

4. Молекули перебувають у стані безперервного хаотичного руху. Цей рух зупинити неможливо. Проте послабити його можна, якщо знизити температуру. Хаотичний рух молекул тим швидший, чим вища температура речовини. (Демонстрація розчинення кристалів перманганату калію в холодній і гарячій воді.) Тепла вода складається з таких самих молекул, як і холодна. Отже, атоми однієї речовини однакові. Різні речовини складаються з різних молекул (наприклад, молекула води складається з двох атомів Гідрогену та одного атома Оксигену, а молекула кисню складається з двох однакових атомів Оксигену).

5. Молекулярна система має енергію (кінетичну – енергію руху і потенціальну – енергію взаємодії). Схематичне зображення молекул називають моделлю.

6. Розміри молекул (а їх у будь-якому тілі незліченна кількість) дуже маленькі.

Експериментальним підтвердженням перерахованих вище пунктів є явища дифузії та броунівського руху.

Дифузія – це явище переносу маси речовини молекулами, що хаотично рухаються.

Дифузія – це взаємне проникнення частинок однієї речовини в іншу при безпосередньому стиканні, спричинене рухом молекул (це латинське слово, що означає “розтікання, поширення”). Дифузія спостерігається:

– у газах (повітря, квіти, їжа, парфуми);

– у рідинах (чай, фарби, розчин мідного купоросу);

– у твердих тілах (зрощування під пресом відшліфованих пластинок золота й свинцю за звичайної температури впродовж 5 років на 1 мм).

Швидкість дифузії залежить від:

1) агрегатного стану речовини, що пов’язано з відстанню між молекулами. Дифузія в газах за однакових умов відбувається швидше, ніж у рідинах, а у рідинах – швидше, ніж у твердих тілах;

2) температури речовини, що пов’язана зі швидкістю руху молекул. Чим вища температура, тим швидше рухаються молекули, отже, дифузія проходитиме швидше.

Дифузія має велике значення в житті людини і тварин. Так, наприклад, кисень з навколишнього середовища внаслідок дифузії проникає всередину організму через шкіру людини. Поживні речовини завдяки дифузії проникають з кишечника в кров тварин. Внаслідок дифузії склад повітря біля поверхні Землі є однорідним. Дифузія відбувається і під час паяння металевих деталей; дифузійне зварювання дозволяє з’єднувати метал навіть з керамічним матеріалом.

Броунівський рух було відкрито на початку XIX ст. (1827 р.) англійським ботаніком Робертом Броуном тоді, коли він спостерігав під мікроскопом крихітні частинки рослинного походження (спори), які знаходились у воді. Він з подивом переконався, що такі частинки ніколи не перебувають у спокої!

Броунівський рух – це неперервний хаотичний рух частинок, розташованих у рідині або газі за таких умов, що сила тяжіння не впливає на їхній рух.

Причиною броунівського руху частинки є нескомпенсовані удари, з якими молекули рідини або газу з усіх сторін діють на цю частинку. (Демонстрація моделі хаотичного руху молекул.) Інтенсивність руху залежить від маси частинки, температури і в’язкості середовища. Теорію броунівського руху створив у 1905 р. Ейнштейн.

III. Закріплення вивченого матеріалу

Дати відповіді на запитання й розв’язати якісні задачі.

– Які основні положення молекулярно-кінетичної теорії?

– Які факти підтверджують правильність основних положень МКТ?

– Чи однакові молекули води в гарячому чаї та в арктичній кризі?

– Які частинки входять до складу атома?

– Чому ми не відчуваємо ударів молекул повітря?

– Чи однаково швидко відбувається дифузія в газах, рідинах і твердих тілах?

– Чому свіжі жирні плями на одязі легше видалити, ніж застарілі?

– Як пов’язана температура тіла зі швидкістю руху його молекул?

– Чому огірки швидше просолюються в гарячому розсолі, ніж у холодному?

– Чому вершки на молоці відстоюються швидше в холодному приміщенні?

– Чому не можна стверджувати, що об’єм повітря в кімнаті дорівнює сумі об’ємів молекул, що складають повітря?

– Краплина олії об’ємом 0,003 мм3 розтеклася на поверхні води тонким шаром і зайняла площу 300 см2. Визначте середній діаметр молекули олії.

IV. Хвилина цікавої фізики “Знайка”

Щоб зрозуміти, чому ми не бачимо молекул і атомів – частинок, з яких складаються тіла, потрібно навести такі приклади-порівняння, до яких вдаються вчені:

– Якщо викласти в ряд сто мільйонів молекул води, то отримаємо ланцюжок довжиною близько 2 см.

– Молекула водню в стільки разів менша за яблуко, у скільки разів яблуко менше за земну кулю.

– Якби атоми збільшилися до розмірів маленької краплі води, то така крапля могла б накрити досить велике місто.

– Якби всі тіла стали довшими в мільйон разів (при цьому зріст середньої людини дорівнював би 1600 км, а товщина її пальця 10 км), то й тоді розмір молекули становив би половину крапки друкованого шрифту підручника з фізики.

– У 1 см3 навколишнього повітря міститься така кількість молекул, що коли скласти стільки ж піщинок, то утвориться величезна піщана гора, яка може “закрити” багатоповерховий будинок.

V. Виконання лабораторної роботи № 6

Інструктаж щодо правил техніки безпеки.

Тема. Дослідження явища дифузії в рідинах і газах

Мета роботи: експериментально дослідити явище дифузії.

Прилади і матеріали: пахуча речовина (наприклад, одеколон) та барвник (наприклад, чорнило чи кришталики калій перманганату), посудина з водою.

ХІД РОБОТИ

1. Вивчення протікання дифузії в газах. Вимірте за допомогою наручного годинника проміжок часу, протягом якого запах пахучої речовини, налитої в блюдце на столі вчителя, досягне вас. Результати вимірів запишіть у зошит для лабораторних робіт. Як можна прискорити процес дифузії в цьому досліді? Чи є дифузія основною причиною розповсюдження запаху в даному випадку?

2. Залежність швидкості протікання дифузії в рідині від температури. Спостерігайте, як доданий до води різної температури (у різних склянках) барвник поступово забарвлює її. Чому за однакової температури дифузія в газах відбувається швидше, ніж у рідинах? У якій зі склянок швидкість дифузії більша? Чому?

3. Зробіть висновок за результатами спостережень.

VI. Підсумок уроку

Підбиваючи підсумки уроку, можна зробити такі висновки. Усі речовини складаються з дуже малих частинок – молекул і атомів.

Розміри молекул дуже малі. Між атомами і молекулами є проміжки. Молекули однієї і тієї самої речовини однакові. Молекули різних речовин відрізняються одна від одної.

VII. Домашнє завдання

Опрацювати навчальний матеріал за чинним підручником для 7-го класу; вивчити конспект.