Строение вещества

1. Почему масса атмосферы гораздо меньше массы океана или земной коры, хотя она покрывает Землю более толстым слоем?

2. Количество молекул углекислого газа в воздухе измеряют, как правило, в «частицах на миллион», а метана – в «частицах на миллиард», имея в виду количество молекул этого газа на миллион или миллиард молекул воздуха.

   1. Воздух – это смесь молекул разных газов. Сколько в воздухе азота в «частицах на миллион»? Кислорода? Инертных газов?

3. Вы много раз видели процесс выделения углекислого газа из газированных напитков.

   1. Что происходит при растворении газа в жидкости?

   2. Есть ли разница между растворением в воде газа (например, кислорода или СО₂) и растворением в воде поваренной соли?

   3. Чтобы ускорить растворение соли или сахара, мы встряхиваем или перемешиваем воду. То же самое мы делаем, чтобы ускорить выделение газа из газировки. Почему одно и то же действие производит противоположный эффект?

4. Молекулы в газах расположены далеко друг от друга, и промежутки между ними в несколько раз (или даже десятков раз) больше размеров самих молекул.

   1. Означает ли это, что все газы прозрачны?

   2. Прозрачны ли газы, входящие в состав воздуха? Можем ли мы увидеть чистый воздух?

   3. Как объяснить то, что Солнце имеет разный цвет днем и вечером, даже если погода ясная?

Тепловое движение атомов и молекул

1. При нагревании океанов растворенные в воде углекислый газ и кислород выделяются в атмосферу, а соли или сахара в теплой воде может раствориться больше.

   1. К каким последствиям для живых существ суши и моря приводит выделение этих газов?

   2. С чем связано изменение свойств воды при повышении ее температуры?

   3. Как меняется взаимодействие молекул воды с другими молекулами при повышении температуры?

2. Объясните с точки зрения движения молекул, как тепло от нагреваемой Солнцем поверхности земли передается атмосфере. А как на молекулярном уровне можно объяснить нагрев атмосферы из-за парникового эффекта?

3. Для экономии тепловой энергии в современных домах иногда устанавливают теплообменники вместо обычных форточек. Теплый комнатный воздух, уходя, нагревает поступающий свежий воздух.

   1. Как происходит передача тепла с точки зрения движения молекул?

   2. Как может выглядеть конструкция такого теплообменника?

   3. Чем будет отличаться работа теплообменника зимой и летом? При каких температурах снаружи имеет смысл использовать теплообменник?

4. Для того, чтобы разорвать молекулу азота N₂ и заставить азот соединяться с кислородом, нужна очень высокая температура (3-4 тысячи градусов Цельсия). Такая температура возникает, например, в канале молнии.

   1. При сгорании бензина в двигателе автомобиля температура не превышает 1500°С. Однако автомобили являются одним из основных поставщиков оксидов азота в атмосферу. Почему окислы азота образуются в двигателях?

5. Почему при хаотическом движении молекул озона не образуются «просветы» в озоновом слое?

Броуновское движение

1. Броуновское движение было замечено на пыльце растений.

   1. Как вы думаете, почему именно на ней, а не на каких-то неживых мелких объектах?

   2. Какого размера бывает пыльца растений?

   3. Какова масса одной частички пыльцы?

   4. Из скольких клеток она состоит?

2. Как вы знаете, удары молекул не просто вызывают дрожание мелких частиц, таких как пыльца растений, но и их постепенное перемещение.

   1. Как вы считаете, может ли это явление играть какую-то роль в жизни растений? Поищите варианты ответа в литературе и интернете.

Диффузия

1. Многие годы политики и крупные предприниматели не слушали предупреждений ученых о росте концентрации парниковых газов в атмосфере. Собранные доказательства им всегда казались недостаточными.

   1. Почему измерения, проводимые в густонаселенных районах, не считаются убедительным доказательством?

   2. Почему для доказательства повышения концентрации парниковых газов были необходимы измерения в районах, далеко отстоящих от индустриальных центров?

   3. Почему для убедительного доказательства необходимы многократные измерения в каждом из выбранных мест?

   4. За счет каких процессов дополнительные молекулы парниковых газов попадают в те места, где нет промышленности и других антропогенных источников?

   5. Почему отмирающие растительные остатки в почве почти полностью окисляются, а в болотах каменноугольного периода они образовывали чистый углерод?

2. «Озоновый слой» защищает все живое на Земле от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Молекулы озона разрушаются при реакции с фреонами, содержащими хлор.

   1. Почему озоновый слой еще в опасности, хотя производство фреонов существенно сократилось еще 20 лет назад?

   2. Где применяются фреоны и как они попадают в атмосферу?

   3. Почему для ограничения производства фреонов потребовались одновременные усилия всех стран?

   4. Какие еще проблемы, связанные с атмосферой, также требуют для своего решения совместных усилий всех стран?

Взаимодействие частиц вещества

1. Одним из вариантов борьбы с парниковыми газами являются попытки не выпускать СО₂ в атмосферу, а растворять его в океанской воде или закачивать в подземные пустоты.

   1. Что будет происходить с молекулами СО₂ в воде? Изобразите на рисунке, как будет выглядеть такая смесь на молекулярном уровне.

   2. Что может происходить с молекулами СО₂ в подземных пустотах? Предложите несколько вариантов.

   3. В настоящее время проводятся экспериментальные исследования этих процессов. На какой главный вопрос должно ответить это исследование?

2. Парниковый эффект заключается в том, что молекулы некоторых газов поглощают инфракрасное излучение земной поверхности и начинают двигаться быстрее.

   1. Как парниковые газы, которых всего несколько граммов в кубическом метре воздуха, нагревают весь остальной воздух?

   2. Нагревание атмосферы приводит к повышению температуры водоемов и суши. Как передается атмосферное тепло жидкости и твердым телам?

   3. Какие основные парниковые газы вы знаете?

   4. Как меняется скорость выделения парниковых газов (водяного пара, углекислого газа, метана) из воды и суши при повышении их температуры?

Модели строения газов, жидкостей и твердых тел

1. Если жидкость содержит растворенные в ней примеси, то при медленном переходе в твердую фазу часть атомов примеси вытесняется в оставшуюся жидкость.

   1. Найдите объяснение этого процесса, основываясь на строении жидкостей и твердых тел.

   2. Как можно использовать этот метод для очистки воды от примесей?

   3. С помощью какого эксперимента можно в домашних условиях проверить, действительно ли происходит очистка?

   4. В технике этот метод называется «зонная очистка». Он используется для получения сверхчистых полупроводников, на основе которых делают все современные электронные приборы. Найдите как можно больше примеров тех приборов, в которых применяются такие полупроводники.

2. Вода в водохранилищах ГЭС никогда не опускается ниже определенного уровня, поэтому в водохранилищах есть большой объем почти не обновляющейся воды. Его так и называют «мертвый объем».

   1. Почему в водохранилищах не происходит полного перемешивания воды, хотя есть постоянное течение и диффузия молекул?

   2. Что происходит в стоячей воде водохранилищ с органическими остатками?

   3. Почему вода в «мертвом объеме», как правило, насыщена метаном?

   4. Что происходит с метаном, когда часть этой воды все же попадает на лопатки турбин? Почему это вредно для атмосферы?

   5. Предложите, как можно использовать этот метан, чтобы вместо вреда он приносил пользу.

   6. Найдите информацию о применении таких устройств на ГЭС.

3. Вечная мерзлота, присутствующая на большей части территории России, представляет собой смесь органических и неорганических веществ, воды в твердом и жидком виде, а также растворенных газов.

   1. Вы знаете, что внутри Земли находится очень горячая мантия. Поэтому в глубоких шахтах температура повышается с глубиной. Почему же мог образоваться такой толстый (до 1 км) холодный слой? Когда образовалась вечная мерзлота?

   2. Почему невозможно ее восстановление в современных условиях?

   3. Вечная мерзлота содержит до 90% воды. Какие условия установятся там, где из-за глобального потепления она тает?

   4. Что общего в составе растаявшей вечной мерзлоты и воды из «мертвого объема» водохранилищ? Почему в них образуется одинаковый газ? Как он называется?

Тепловое равновесие

1. Приведите примеры установившегося теплового равновесия в природе. Найдите также примеры «теплового неравновесия».

   1. Что, по вашему мнению, в природе встречается чаще: тепловое равновесие или его нарушение?

   2. Где чаще встречается тепловое равновесие – в живой или неживой природе?

   3. На уроках биологии вы изучали появление и развитие жизни на Земле. Как вы думаете, развитие жизни сопровождалось стремлением к тепловому равновесию или наоборот, удалением от него?

Температура

1. По графику изменения средней температуры атмосферы в Северном полушарии (рис. 9 на обложке) ответьте на вопросы:

   1. Данные за сколько лет приведены на этом графике?

   2. На сколько градусов обычно отличается средняя температура в самые холодные годы и в самые теплые годы?

   3. Что происходило с температурой в последние 9000 лет, как быстро происходили изменения?

   4. Почему участок графика в последние столетия ученые уверено считают доказательством влияния человека на климат?

2. Выразите в градусах Кельвина среднюю температуру атмосферы Земли (+14°С), Марса (-70°С) и Венеры (+300°С).

   1. Почему так сильно отличаются температуры на планетах?

   2. Как это связано с составом и толщиной их атмосферы?

Тепловое расширение

1. Сейчас, когда наша планета нагревается, в Мировой океан добавляется вода из ледников. Но есть еще один механизм, повышающий уровень Мирового океана. Какой?

2. В природе температура меняется практически постоянно, и, значит, постоянно меняются размеры всех окружающих тел.

   1. Почему же пока нет ни одной электростанции, использующей тепловое расширение для выработки электроэнергии?

   2. Следует ли ожидать появления таких электростанций в будущем?

   3. Если бы вам предложили спроектировать такую электростанцию, что бы вы использовали в качестве расширяющегося тела – газ, жидкость или твердое тело? Почему?

Связь температуры со скоростью хаотического движения частиц

1. Из-за глобального потепления температура Мирового океана повышается. Почему выделяется растворенный в воде углекислый газ?

2. Какие еще процессы в океане ускоряются при повышении температуры?

3. Температура воды в Тихом океане у берегов Южной Америки обычно не превышает 12-15°С даже вблизи экватора, и эти места – самые богатые рыбой и другими морскими животными.

   1. Почему при внезапном повышении температуры этой воды (явление Эль-Ниньо) происходит массовый замор рыбы и морских организмов?

   2. В этих водах добывается до 40% всего мирового улова рыбы. Если явление Эль-Ниньо будут возникать не один раз в 3-4 года, а чаще, как это скажется на мировом рынке продуктов питания? Как могут измениться цены этих продуктов питания?

Внутренняя энергия

1. Солнечные лучи, несущие энергию, падают на Землю.

   1. Какие превращения энергии затем происходят?

   2. Внутренняя энергия чего именно (суши, воды, воздуха) при этом изменяется?

   3. Рассмотрите эти процессы как можно подробнее, например, не просто воду или воздух, а верхние и нижние слои, чистую или загрязненную воду, облака, не просто сушу, а пустыню или лес, экваториальные и полярные широты и т.д.

2. В настоящее время из-за усиления парникового эффекта на Земле происходит глобальное потепление.

   1. Внутренняя энергия чего именно (атмосферы, воды, суши) повышается при глобальном потеплении?

   2. Рассмотрите разные участки воды, суши, атмосферы по аналогии с предыдущей задачей.

3. В настоящее время существует много видов двигателей для автомобилей. Среди них можно назвать:

Работа и теплопередача как способы изменения внутренней энергии тела

1. В Индии создан и уже выпускается серийно городской автомобиль, работающий на сжатом воздухе. Каким способом изменяется внутренняя энергия тела в каждом из следующих процессов?