Лабораторная работа №1. Первоначальные сведения о строении вещества.

Tема 1. Строение вещества. Молекулы.

Изучите материал § 7-8 из [1], § 1 из [3 гл. 16] и § 2 из [10 гл. 11]

Ответьте на следующие вопросы:

1. На каком физическом явлении основан способ цементации стали?

2. Сливки на молоке быстрее отстаиваются в холодном помещении. Почему?

3. Для чего при складывании полированных стекол между ними кладут бумажные ленты?

4. Почему штукатурка отваливается, если между кирпичной стеной и штукатуркой попадает дождевая вода?

5. Перья водоплавающих птиц покрыты тончайшим слоем жира. Какую пользу это приносит птицам?

6. Почему между молекулами вещества сохраняются промежутки, несмотря на то, что они притягиваются друг к другу?

7. Ученик, наблюдая опыт, проводимый учителем, увидел следующие явления: а) сгибая стеклянную палочку, учитель с трудом разломил ее на две части; б) при соединении друг с другом эти части палочек не соединялись; в) после нагревания (до размягчения) концов они соединились. Объясните все наблюдаемые учеником явления.

8. Известно, что молекулы газов при комнатной температуре движутся со скоростью, примерно равной скорости пули. Почему же диффузия в воздухе, например, распространение запаха духов, не происходит за доли секунды?

Изучите следующие опыты:

Опыт 1. Уменьшение объема при смешивании воды и спирта.

Налейте в стеклянную трубку длиной примерно 80 см, до половины подкрашенную воду, а затем поверх воды осторожно налейте спирт, чтобы его уровень не доходил до края трубки на 5 – 6 см.

Обратив внимание учащихся на то, что жидкости не смешались, отметьте с помощью резинового кольца уровень свободной поверхности спирта. Затем плотно закройте открытый конец трубки пробкой и перемешайте жидкости, медленно повертывая трубку несколько раз на 180 в вертикальной плоскости.

Когда спирт и вода полностью смешаются, трубку снова расположите вертикально пробкой вверх. Обратите внимание учащихся на то, что объем смеси воды и спирта стал меньше первоначального.

Вывод: можно предположить, что спирт и вода состоят из частиц, между которыми есть промежутки. При смешивании жидкостей молекулы воды проникли в межмолекулярное пространство спирта, а молекулы спирта - в межмолекулярное пространство воды, отчего общий объем смеси уменьшился.

Опыт 2. Сжимаемость воздуха.

Опыт можно продемонстрировать с помощью ручного насоса. Для этого вдвиньте поршень насоса примерно до середины и перекройте зажимом резиновую трубку, соединенную с ниппелем для нагнетания.

Установите насос вертикально на демонстрационном столе, энергично нажмите ручку вниз. Замкнутый в цилиндре воздух уменьшается в объеме. Если ручку отпустить, то поршень, благодаря упругости воздуха, вновь возвратится в первоначальное положение.

Опыт 3. Расширение твердых тел при нагревании.

Покажите, что в холодном состоянии шар имеет диаметр меньше диаметра отверстия кольца. Для этого освободите зажимный винт муфты и переместите кольцо вверх по стержню штатива так, чтобы шар прошел через отверстие кольца. Опустите кольцо вниз и отведите его в сторону. С помощью спиртовки нагревайте шар в течение 2 – 3 мин. Уберите спиртовку и, передвигая кольцо по стойке вверх, убедитесь, что нагретый шар не проходит через отверстие кольца. Сделайте вывод.

Опыт 4. Неодинаковое расширение различных металлов.

Биметаллическая пластинка состоит из двух склепанных тонких полос – железной и медной. Зажмите пластинку в лапке штатива. С помощью спиртовки нагрейте пластину со стороны железа, а затем – со стороны меди.

Обратите внимание на то, что направление изгиба зависит не от расположения пластинки над пламенем, а лишь от рода взятых материалов. Изгиб всегда направлен в сторону железа, так как медная пластинка при одинаковом нагревании удлиняется больше, чем железная.

Опыт 5. Расширение жидкостей при нагревании.

Возьмите две равные по объему колбы. Заполните одну подкрашенной кипяченой или дистиллированной водой, а в другую налейте керосин. Закройте колбы пробками, в отверстия которых вставлены тонкие стеклянные трубки. Проследите, чтобы под пробками не остался воздух. На каждую трубку поместите резиновое кольцо и бумажные экраны. Поставьте одновременно колбы в сосуд с горячей водой. Отметьте кольцами одинаковый уровень жидкостей в обоих сосудах.

Вывод: при нагревании в одинаковых условиях различные жидкости расширяются по-разному (керосин больше, чем вода), что наглядно видно по изменению уровней жидкости в трубках.

Опыт 6. Расширение воздуха при нагревании.

Налейте в колбу, заполнив ее примерно на 1/3, подкрашенную воду. Закройте колбу резиновой пробкой, в отверстие которой вставлена стеклянная трубка. Конец трубки не доходит до дна колбы на 3 - 4 мм. Обхватите верхнюю часть колбы рукой и таким образом нагрейте воздух в колбе.

Расширяясь от нагревания, воздух в колбе давит на воду и вытесняет ее, от чего уровень жидкости в трубке повышается.

Уберите руку. Пронаблюдайте за уровнем жидкости в трубке в этом случае. Сделайте вывод.

Опыт 7. Окрашивание воды малым количеством краски.

Налейте в стакан немного больше половины чистой воды и расположите его на демонстрационном столе. Опустите в стакан 1 – 2 кристаллика марганцовокислого калия или фуксина и стеклянной палочкой перемешайте воду. Кристаллики, растворяясь, заметно окрашивают воду. В каждой капле окрашенной воды теперь содержится некоторое, весьма незначительное количество краски.

Добавьте в стакан чистой воды. Новая порция воды будет окрашенной, но цвет будет бледнее.

Приходим к выводу, что любое вещество при дроблении может быть доведено до очень малых частиц и самая мельчайшая частица, сохраняющая свойства данного вещества, называется молекулой.

Ответьте на вопросы:

1. Можно ли в опыте 1 заменить спирт ацетоном? Насыщенным раствором поваренной соли или сульфата аммония?

2. Как можно продемонстрировать сжимаемость воздуха с помощью чугунного цилиндра с поршнем?

3. Как можно с помощью монеты, двух гвоздиков и дощечки показать тепловое расширение твердых тел?

4. Предложите наиболее простые в техническом отношении варианты демонстрации расширения воздуха при нагревании.

5. Какой жидкостью Вы заменили бы керосин в опыте 5? Объясните свой выбор.

6. Какой предмет можно использовать в качестве прозрачного цилиндра с поршнем при демонстрации сжатия и расширения воздуха?