Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по физике. В 2 частях. Ч.1. Механика. Молекулярная физика и термодинамика. Учебно-методическое пособие для учащихся профильных классов
.pdf
Раздел II.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
И ТЕРМОДИНАМИКА
Рекомендации по теме «Молекулярная физика»
При решении задач на «Уравнение Менделеева-Клапейрона» и
газовые законы выделяют следующие группы задач:
1) Переход идеального газ из одного состояния в другое без
изменения массы.
2) Состояние газа не меняется, а масса изменяется.
3) Изменяется и масса и состояние газа.
Алгоритм решения задач первой группы:
1. Установить, какой газ участвует в том или ином процессе.
2. Определить параметры р, V и Т, характеризующие каждое
состояние газа.
3. Записать уравнение объединенного газового закона Кла-
пейрона для данных состояний. Если один из трех параметров остается неизменным, уравнение Клапейрона автоматически переходит в одно из трех уравнений газовых законов.
4. Записать математически все вспомогательные условия.
5. Решить полученную систему уравнений относительно не-
известной величины.
Алгоритм решения задач второй группы:
1. Установить, какие газы участвуют в рассматриваемых про-
цессах.
2. Определить параметры р, V и Т, характеризующие каждое
состояние газа.
3. Для каждого состояния каждого газа (если их несколько)
составить уравнение Менделеева-Клапейрона. Если дана смесь
газов, то это уравнение записывается для каждого компонента.
Связь между значениями давлений отдельных газов и результирующим давлением смеси устанавливается законом Дальтона.
4. Записать математически дополнительные условия задачи.
5. Решить полученную систему уравнений относительно не-
известной величины.
71
Алгоритм решения задач третьей группы:
1. Внимательно проанализировать условие задачи и исходные
данные.
2. Установить, какие параметры газа изменяются, а какие ос-
таются постоянными.
3. Обратить внимание на параметры, заданные неявно.
4. Записать для каждого состояния газа уравнение Менделеева-
Клапейрона.
5. Записать математически дополнительные условия задачи.
6. Решить полученную систему уравнений относительно не-
известной величины.
Важно помнить, что:
1. В уравнениях МКТ температура при подстановке значений
должна выражаться обязательно в кельвинах.
2. Уравнения для изопроцессов актуальны только для посто-
янной массы газа. Если газ может утекать или притекать извне
в емкость, то задача решается через уравнение Менделеева-Клапейрона.
3. Давление насыщенных паров – наибольшее возможное
давление паров данной жидкости при данной температуре. Оно
зависит только от температуры и не зависит от объема.
4. Кипение жидкости начинается при такой температуре, при
которой давление насыщенных паров становится равным внешнему
давлению. Выражение «вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре 100 оС» означает, что при такой температуре давление насыщенных паров воды равно 1 атм или 105 Па.
5. В герметически закрытом сосуде жидкость кипеть не мо-
жет, т.к. при каждом значении температуры устанавливается равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром.
6. Выпадение росы или запотевание стенок сосуда является
внешним признаком того, что пар в таком сосуде находится в насыщенном состоянии.
Рекомендации по теме «Термодинамика»
Общий алгоритм решения задач по термодинамике:
1. Выделить систему тел и определить ее тип (замкнутая,
адиабатически замкнутая, замкнутая в механическом смысле, незамкнутая).
72
2. Выяснить, как изменяются параметры состояния (p, V, T) и
внутренняя энергия каждого тела системы при переходе из одного
состояния в другое.
3. Записать уравнения, связывающие параметры двух состоя-
ний системы, формулы для расчета изменения внутренней энергии
каждого тела системы при переходе из одного состояния в другое.
4. Определить изменение механической энергии системы и
работу внешних сил по изменению ее объема.
5. Записать формулу первого закона термодинамики или за-
кона сохранения и превращения энергии.
6. Решить систему уравнений относительно искомой величины.
Алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса.
1. Установить, какие тела участвуют в тепловых процессах,
описанных в задаче, и какие тела отдают количество теплоты,
а какие получают.
2. Выяснить, в ходе каких процессов происходит выделение
теплоты (при понижении температуры тела, конденсации, кристаллизации), и написать уравнения для нахождения количества
теплоты в каждом из процессов.
3. Выяснить, в ходе каких процессов происходит поглощение
теплоты (при повышении температуры тела, плавлении, испарении), и записать уравнения для нахождения количества теплоты,
получаемых в каждом из процессов.
4. Написать уравнение теплового баланса, раскрыть значение
каждой из входящих в него величин и решить уравнение относительно искомой величины.
Важно помнить, что:
1. Работа газа положительна при расширении, отрицательна
при сжатии и не совершается (равна 0) при постоянном объеме.
2. Работу газа можно определять графически как площадь
под графиком процесса в координатах pV. При этом следует помнить об отрицательном знаке работы при уменьшении объема газа.
3. КПД любой тепловой машины можно определить по фор-
муле =A/Q1*100%=(Q1-Q2)/Q1*100%. И только для идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, можно использовать дополнительную формулу =(T1-T2)/T1*100%.
73
2.1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
2.1.1. Модели строения газов, жидкостей и твердых тел
2.1. Расстояние между соседними частицами вещества в сред-
нем во много раз превышает размеры самих частиц. Это утверждение соответствует
1) только модели строения газов
2) только модели строения аморфных тел
3) модели строения газов и жидкостей
4) модели строения газов, жидкостей и твердых тел
2.2. В каком агрегатном состоянии молекулы участвуют в скач-
кообразном движении?
1) твердом
2) жидком
3) газообразном
2.3. В учебнике физики в одном из параграфов написано:
«При увеличении температуры возрастает амплитуда колебаний
атомов вокруг их положений равновесия. Так продолжается до тех
пор, пока силы межатомарного взаимодействия могут удерживать
атомы в узлах решетки. При достаточно высокой температуре связи между атомами разрываются, и начинается процесс перехода
вещества в другое агрегатное состояние».
В этом параграфе описывается модель строения
1) газа
2) жидкости
3) твердого тела
4) плазмы
2.4. Квадратный кусок фольги из алюминия со стороной 10 см
имеет толщину 0,1 мкм. Плотность алюминия 2700 кг/м3, молярная
масса 27 г/моль. Сколько атомов алюминия содержит фольга? Ответ выразите в виде числового коэффициента перед числом 1020.
74
2.1.2. Тепловое движение атомов и молекул вещества
А) максимальная скорость диффузии
Б) минимальная скорость диффузии
1) вода и этиловый спирт
2) пары эфира и воздух
3) свинец и медь
4) раствор медного купороса и
вода
2.5. Укажите пару веществ, соответствующих максимальной
и минимальной скорости диффузии при комнатной температуре.
2.6. Отвечая на вопрос учителя, Сережа, используя положе-
ния МКТ, указал следующие характеристики теплового движения
молекул вещества:
A) в веществе каждая молекула движется с присущей ей скоростью, которая не меняется с течением времени;
Б) не бывает резкого изменения по модулю или направлению
скорости какой-либо молекулы вещества;
B) среднее число молекул, у которых значение модуля скорости больше 300 м/с, но меньше 350 м/с, не меняется с течением
времени;
Г) среднее значение модуля скоростей всех молекул вещества
не меняется с течением времени.
Какие из этих признаков Сережа указал правильно (считая,
что температура вещества постоянна)?
1) А и Б
2) В и Г
3) А и В
4) Б и Г
2.7. Какое(-ие) из нижеприведѐнных утверждений являе(-ю)тся
правильным(-и)?
А. Молекулы или атомы в веществе находятся в непрерывном
тепловом движении, и одним из аргументов в пользу этого служит
явление диффузии.
75
Б. Молекулы или атомы в веществе находятся в непрерывном
Среднее расстояние между молекулами
Масса молекул
тепловом движении, и доказательством этому служит явление
конвекции.
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
2.1.3. Взаимодействие частиц вещества
2.8. При нагревании спирта его объем увеличивается. Как из-
менятся в ходе процесса следующие величины: масса молекул,
расстояние между молекулами?
Для каждой величины определите соответствующий характер
изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
2.9. Частицы вещества находятся, в среднем, на таких больших
расстояниях друг от друга, при которых силы взаимодействия между ними незначительны. В этом агрегатном состоянии вещество
1) хорошо сжимается
2) сохраняет и форму, и начальный объѐм
3) сохраняет начальный объѐм
2.10. Выберите два верных утверждения.
1) Между молекулами твердого тела действуют только силы
притяжения.
2) При переходе вещества из жидкого состояния в газообраз-
ное силы взаимодействия между молекулами уменьшаются.
76
3) Молекулы любого вещества и притягиваются и отталкива-
А) диффузия
Б) броуновское движение
1) беспорядочное движение мелких спор растений в воде
2) проникновение соли в овощи при их засолке
3) беспорядочное движение роящихся мошек под фонарем
4) движение воды от корней дерева к листьям
ются.
4) Тип действующих сил зависит от агрегатного состояния ве-
щества.
2.1.4. Диффузия. Броуновское движение
2.11. Поставьте в соответствие название физического явления
и его описание.
2.12. На рисунке показаны положения броуновской частицы
в жидкости с интервалом 30 с, которые наблюдались под микроскопом. Выберите два верных утверждения о движении частицы.
1) Изменение направления движения частицы происходит
вследствие изменения направления равнодействующей силы действия молекул жидкости на частицу.
2) На отрезках 4—5 и 5—6 частица двигалась прямолинейно,
но с разной по модулю скоростью.
3) В течение 30 с частица совершает гармонические колеба-
ния между точками 2 и 3.
4) Нельзя указать характер движения частицы и ее траекто-
рию при ее движении от точки 4 к точке 5.
5) Движение по ломаной траектории 1—2—3—4—5—6 объясняется периодическим изменением конвекционных потоков
в жидкости.
77
2.13. Как изменяется скорость движения броуновской части-
цы при понижении температуры?
2.14. Какое из утверждений правильно?
A. Диффузия наблюдается только в газах и жидкостях.
B. Диффузия наблюдается только в твердых телах.
C. Диффузия наблюдается в газах, жидкостях и твердых телах.
1) A
2) B
3) C
4) ни A, ни B, ни C
2.15. Если толчѐный мел размешать в воде, то частицы мела
будут долго «висеть» в толще воды, не оседая на дно. Это явление
объясняется тем, что
1) вода выталкивает их вверх согласно закону Архимеда
2) частицы мела совершают броуновское движение в воде
3) Земля не притягивает столь мелкие частицы
4) температура частиц мела выше температуры воды
2.1.5. Модель идеального газа в МКТ
2.16. Выберите два верных утверждения. При нагревании
разреженного газа в замкнутом сосуде давление в нем увеличивается. Это объясняется тем, что
1) возрастает скорость молекул
2) ускоряется диффузия молекул
3) возрастает масса молекул
4) возрастает частота ударов молекул
5) возрастает конвекция в газе
2.17. Учитель записал на доске три утверждения, относящие-
ся к молекулам.
1. Размерами молекул можно пренебречь.
2. Молекулы при столкновениях взаимодействуют как упругие
шары.
78
3. При любом расстоянии между молекулами между ними
действуют силы притяжения.
Какие из этих утверждений нельзя соотнести с моделью иде-
ального газа?
1) все три утверждения
2) только третье утверждение
3) первое и второе утверждения
4) первое и третье утверждения
2.18. Идеальный газ, находящийся в закрытом сосуде, оказы-
вает давление на его стенки. Это объясняется тем что
1) молекулы прилипают к стенкам сосуда
2) идеальный газ имеет большую плотность
3) молекулы газа передают стенкам энергию
4) молекулы газа передают стенкам импульс
2.19. При понижении температуры газа в запаянном сосуде
давление газа уменьшается. Это уменьшение давления объясняется тем, что
1) уменьшается объѐм сосуда за счет остывания его стенок
2) уменьшается энергия теплового движения молекул газа
3) уменьшаются размеры молекул газа при его охлаждении
4) уменьшается энергия взаимодействия молекул газа друг
с другом
2.1.6. Основное уравнение МКТ
2.20. Во сколько раз уменьшится давление идеального одно-
атомного газа, если среднюю кинетическую энергию теплового
движения молекул и их концентрацию уменьшить в 2 раза?
2.21. В сосуде содержится гелий под давлением 150 кПа.
Концентрацию гелия увеличили в 2 раза, а среднюю кинетическую
энергию его молекул уменьшили в 3 раза. Определите установившееся давление газа.
79
2.22. Газ сжимают в сосуде с подвижным поршнем. Какой из
Концентрация молекул
Давление газа
графиков правильно отражает зависимость концентрации молекул
(числа молекул в единице объема) газа от объема?
2.23. Какой из графиков отражает связь между плотностью
газа и концентрацией его молекул?
2.24. Одноатомный газ нагревают в закрытом сосуде с непод-
вижными стенками. Как при этом изменятся следующие величины: концентрация молекул, давление газа?
Для каждой величины определите соответствующий характер
изменения:
1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физиче-
ской величины. Цифры в ответе могут повторяться.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]