11 кл. Задание 49. Взаимодействие молекул. Строение твердых, жидких и газообразных тел

ФИЗИКА. 11 класс. Задание № 49
Тема: Взаимодействие молекул. Строение твердых, жидких и газообразных тел

I уровень. Познакомимся с параграфом
Взаимодействие молекул
Наблюдения показывают, что между молекулами одновременно действуют и силы притяжения, и силы отталкивания. Силы взаимодействия молекул являются короткодействующими, их действие проявляется лишь на расстояниях, не превышающих нескольких собственных размеров молекулы. Область пространства, в которой проявляется действие молекулярных сил, называют сферой молекулярного действия. Радиус этой сферы равен примерно 13 EMBED Equation.3 1415.
Силы молекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами. При этом характер зависимости от расстояния у сил притяжения и сил отталкивания различен. При увеличении расстояния между молекулами силы отталкивания убывают быстрее, чем силы притяжения, а при уменьшении этого расстояния возрастают быстрее, чем силы притяжения.
Установлено, что силы взаимодействия молекул обратно пропорциональны 13 EMBED Equation.3 1415-й степени расстояния г между центрами масс молекул. Для сил притяжения 13 EMBED Equation.3 1415, а для сил отталкивания 13 EMBED Equation.3 1415 принимает значения от 13 EMBED Equation.3 1415 до 13 EMBED Equation.3 1415. (Например, для молекулы воды 13 EMBED Equation.3 1415, а 13 EMBED Equation.3 1415.)
Сила отталкивания считается положительной, а сила притяжения отрицательной. На рисунке изображены графики зависимостей от расстояния между молекулами силы отталкивания, силы притяжения и результирующей этих сил.
Существует такое расстояние между молекулами 13 EMBED Equation.3 1415, на котором сила притяжения равна силе отталкивания, т. е. их результирующая сила равна нулю. Это расстояние называется равновесным. Если расстояние между молекулами 13 EMBED Equation.3 1415, преобладают силы их взаимного притяжения, если же 13 EMBED Equation.3 1415, преобладают силы отталкивания. Таким образом, результирующая сил молекулярного взаимодействия на больших расстояниях является силой притяжения, а на малых – силой отталкивания. Следовательно, 13 EMBED Equation.3 1415 – это такое равновесное расстояние между молекулами, на котором они находились бы, если бы тепловое движение молекул не нарушало этого равновесия.
Описанный характер зависимости сил взаимодействия молекул от их расстояния друг от друга объясняет появление силы упругости при деформации тел. Если под действием внешних сил тело сжимается, расстояние между молекулами 13 EMBED Equation.3 1415 становится меньше, чем 13 EMBED Equation.3 1415, и появляется сила, препятствующая взаимному сближению молекул. Если же под действием внешних сил тело растягивается, то расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 становится больше, чем 13 EMBED Equation.3 1415, и появляется сила, препятствующая взаимному удалению молекул. Вблизи точки 13 EMBED Equation.3 1415 на графике участок кривой является почти прямолинейным, так как при небольшом смещении молекул из положения равновесия силы притяжения или отталкивания между ними возрастают линейно с увеличением смещения. Именно по этой причине при малых деформациях тела (т. е. в пределах его упругости) выполняется закон Гука.
Строение газообразных, твердых и жидких тел
Характер теплового движения молекул, атомов и ионов зависит от агрегатного состояния вещества и определяется силами межмолекулярного взаимодействия.
Если минимальная потенциальная энергия 13 EMBED Equation.3 1415 молекул вещества много меньше средней кинетической энергии их теплового движения 13 EMBED Equation.3 1415, то вещество находится в газообразном состоянии. Если 13 EMBED Equation.3 1415, то вещество находится в жидком состоянии. Если же 13 EMBED Equation.3 1415, то вещество находится в твердом состоянии.
Рассмотрим, какой характер имеет движение молекул в газах, жидкостях и твердых телах.
В газах при не высоких давлениях и не низких температурах молекулы находятся друг от друга на расстояниях, во много раз превышающих их размеры. В таких условиях молекулы газа не связаны между собой межмолекулярными силами притяжения. Они хаотически поступательно движутся по всему объему, занимаемому газом. Взаимодействие молекул газа происходит только при их столкновении между собой и со стенками сосуда, в котором газ находится. Передача импульса при этих столкновениях обуславливает давление, производимое газом.
Расстояние, которое молекула проходит между двумя последовательными столкновениями, называют длиной свободного пробега молекул.
Длина свободного пробега зависит от давления и температуры. В газах при нормальных условиях средняя длина свободного пробега молекул составляет приближенно 13 EMBED Equation.3 1415.
Если молекулы газа состоят из двух или нескольких атомов, то при столкновении они приобретают вращательное движение.
Таким образом, в газах молекулы совершают преимущественно поступательное и вращательное движение.
В жидкостях расстояние между молекулами сравнимо с их эффективным диаметром. Силы взаимодействия молекул друг с другом достаточно велики. Молекулы жидкости колеблются около временных положений равновесия. Однако в жидкостях 13 EMBED Equation.3 1415, поэтому, получив в результате хаотических столкновений избыток кинетической энергии, отдельные молекулы преодолевают притяжение соседних молекул и переходят в новые положение равновесия, вокруг которых вновь совершают колебательное движение.
Я. Френкель создал теорию жидкого состояния, согласно которой время колебаний молекул жидкости возле положения равновесия очень мало (порядка 13 EMBED Equation.3 1415), после чего молекулы совершают переход в новые положения. Следовательно, молекулы жидкости совершают колебательное движение вокруг временных центров равновесия и скачкообразно перемещаются из одних положений равновесия в другие.
Таким образом, в жидкостях молекулы совершают в основном колебательное и поступательное движения.
Возможность свободного перемещения молекул относительно друг друга обуславливает свойство текучести жидкости. Тело в жидком состоянии как и газообразном, не имеет постоянной формы. Форма жидкого тела определяется формой сосуда, в котором находится жидкость, действием внешних сил и сил поверхностного натяжения.
В твердых телах расстояние между молекулами еще меньше, чем в жидкостях. Силы взаимодействия молекул твердых тел между собой настолько велики, что молекулы удерживаются относительно друг друга в определенных положениях и колеблются около постоянных центров равновесия.
Для кристаллических тел характерны так называемые кристаллические решетки – упорядоченное и периодически повторяющееся в пространстве расположение молекул, атомов или ионов. В твердых телах молекулы совершают преимущественно колебательное движение (хотя имеются отдельные молекулы, движущиеся поступательно, о чем свидетельствует явление диффузии).
II уровень. Вспомним основные положения теории
Что называют сферой молекулярного взаимодействия? Каков радиус этой сферы?
Как силы взаимодействия между молекулами зависят от расстояния между ними?
Что такое равновесное расстояние?
Какова природа межмолекулярных сил?
Опишите характер движения молекул в газах, жидкостях и твердых телах.
Для начала неплохо. Попытайтесь ответить на вопросы
Какие опытные факты указывают на существование сил взаимодействия между молекулами?
Какими свойствами обладают силы молекулярного взаимодействия?
Около какой точки происходят колебания молекул твердого и жидкого тела, если оно находится в недеформированном состоянии?
Как объяснить с молекулярной точки зрения появление силы упругости, существование закона Гука и ограниченность области его применения?
Чем различаются газ, жидкость и твердое тело?

III уровень. Попробуйте выполнить задания
Между молекулами вещества действуют
А. только силы притяжения;
Б. силы отталкивания;
В. нет взаимодействия;
Г. силы притяжения и отталкивания.
Если расстояние между центрами молекул меньше диаметра молекулы, то:
А. Сила притяжения молекул больше силы отталкивания;
Б. Сила отталкивания молекул больше силы притяжения;
В. Сила отталкивания молекул равна силе притяжения;
Г. Молекулы только притягиваются;
Д. Молекулы только отталкиваются.
На рисунке представлен график зависимости потенциальной энергии 13 EMBED Equation.3 1415 от расстояния 13 EMBED Equation.3 1415 при взаимодействии двух атомов в двухатомной молекуле. Какое из приведенных ниже утверждений об атомах в этой молекуле относится к значению 13 EMBED Equation.3 1415, отмеченному на рисунке?
А. Это минимально возможное расстояние между атомами в молекуле;
Б. Это максимально возможное расстояние между атомами в молекуле;
В. Это расстояние, на котором сила взаимодействия между атомами равна нулю;
Г. Это расстояние соответствует минимуму кинетической энергии атомов в молекуле;
Д. Это расстояние, на котором молекула разрушается.
Установите соответствие:
1. Частицы движутся хаотически
2. Частицы колеблются около определенных положений равновесия
3. Частицы совершают хаотические колебания вокруг центров, положения которых в пространстве скачкообразно изменяются, время от времени частицы движутся поступательно
Вещество находится в газообразном состоянии, если
А. средняя кинетическая энергия его молекул много меньше средней потенциальной энергии их взаимодействия;
Б. средняя кинетическая энергия его молекул приближенно равна средней потенциальной энергии их взаимодействия;
В. средняя кинетическая энергия его молекул много больше средней потенциальной энергии их взаимодействия;
Г. средняя кинетическая энергия его молекул равна нулю.

IV уровень. Проверьте, все ли Вы усвоили
Как изменилось бы давление в сосуде с газом, если бы внезапно исчезли силы притяжения между его молекулами?

V уровень. Это сложная задача, однако, если Вы ее решите, то сделаете заметный шаг в познании физики, у Вас будут все основания относиться к себе с большим уважением, чем прежде
Оценить: а) число атомов в 13 EMBED Equation.3 1415 железа; б) расстояние между центрами соседних атомов железа.
















13PAGE 15


13PAGE 15





А. в жидкостях;
Б. в газах;
В. в твердых телах.






Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 3655393
    Размер файла: 239 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий