Модуль Молекулярная физика

Федеральное Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
«Иркутский аграрный техникум»











«Молекулярная физика» по дисциплине «Физика»
МОДУЛЬНО-РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ИЗУЧЕНИЯ
Учебное пособие













Модуль «Основы молекулярно-кинетической теории».

Цели обучения: По завершении изучения данного модуля Вы будете уметь описывать молекулярно-кинетическое строение вещества и решать задачи, относящиеся к данной тематике.

Продолжительность обучения: 18 часов.

Требования к обучающимся: основное образование.

Результат 1. Описывать состав веществ и характер движения молекул в различных агрегатных состояниях.

Критерии оценки результата:
а) состав веществ определен правильно;
б) характер движения молекул описан правильно;
в) отличительные признаки характера движения молекул в различных агрегатных состояниях перечислены верно;
г) порядок массы, размера и скорости движения молекул описан верно.
Содержание результата:
Вещества: вода, воздух, железо, дерево, стекло, пластмасса.
Агрегатные состояния: твердые тела, жидкости, газы.
Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев – а), б), в).
Письменное подтверждение критерия - г).

Результат 2. Решать задачи на определение количества вещества.

Критерии оценки результата:
а) молярная масса химического соединения определена правильно;
б) количество вещества по заданной массе определено верно;
в) масса вещества по заданному количеству вещества определена верно;
г) значение постоянной Авогадро записано верно;
д) количество молекул в любой массе вещества определено верно.
Требования к процедуре оценки:
Письменное подтверждение критериев от а) до д).

Результат 3. Дать определение идеального газа и интерпретировать давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

Критерии оценки результата:
а) отличия идеального и реального газа названы верно;
б) для чего вводится понятие идеального газа сформулировано правильно;
в) давление газа сформулировано правильно;
г) основная и внесистемные единицы давления названы верно;
д) приборы для измерения давления названы верно.
Содержание результата:
Основная единица давления: Паскаль.
Побочные единицы давления: Физическая атмосфера, техническая атмосфера, миллиметры ртутного столба.
Приборы для измерения давления: Барометр, манометр.
Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев от а) до д)

Результат 4. Описывать состояние газа с помощью термодинамических параметров и решать задачи с использованием объединенного газового закона.

Критерии оценки результата:
а) основное уравнение МКТ записано верно;
б) термодинамические параметры газа названы правильно;
в) объединенный газовый закон сформулирован правильно;
г) постоянная Больцмана названа верно;
д) задача на определение одного из термодинамических параметров двух состояний одного газа решена правильно.
Содержание результата:
Термодинамические параметры: давление, объем, температура.
Требования к процедуре оценки:
Письменное подтверждение критериев а), д).
Устное или письменное подтверждение критериев б), в), г).

Результат 5. Описывать газовые законы и решать задачи с использованием газовых законов.

Критерии оценки результата:
а) изопроцессы описаны верно;
б) формулы газовых законов записаны верно;
в) изопроцесс по графику, в различных координатах, определен правильно;
г) задача на определение термодинамического параметра, в различных изопроцессах, решена правильно.
Содержание результата:
Изопроцессы: изохорный, изобарный, изотермический.
Газовые законы: закон Шарля, закон Гей – Люссака, закон Бойля – Мариотта.
Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев а) и в).
Письменное подтверждение критериев б) и г).

Результат 6. Описывать состояние газовых систем с помощью первого начала термодинамики.


Критерии оценки результата:
а) Первое начало термодинамики сформулировано правильно;
б) формула первого начала термодинамики для изотермического процесса записана верно;
в) формула первого начала термодинамики для изобарного процесса записана верно;
г) формула первого начала термодинамики для изохорного процесса записана верно;
д) определение адиабатного процесса сформулировано правильно;

Содержание результата:
Изопроцессы: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный.
Энергетические параметры: Количество тепла, работа, внутренняя энергия.

Требования к процедуре оценки:
Письменное подтверждение критериев б), в), г).
Устное или письменное подтверждение критериев а), д).

Результат 7. Решать задачи с использованием уравнения Менделеева – Клапейрона.

Критерии оценки результата:
а) уравнение Менделеева – Клапейрона записано правильно;
б) универсальная газовая постоянная записана верно;
в) задача на определение одного из термодинамических параметров решена правильно;
г) задача на определение массы газа решена правильно.
Требования к процедуре оценки:
Письменное подтверждение критериев от а) до г).

Результат 8. Различать термодинамическую шкалу температур и шкалу Цельсия.

Критерии оценки результата:
а) зависимость скорости движения молекул от температуры названа верно;
б) температура Абсолютного нуля названа верно;
в) формула, связывающая шкалу Кельвина и шкалу Цельсия, записана правильно;
г) температура из одной шкалы в другую переведены правильно;
д) единицы измерения температур названы верно.
Содержание результата:
Единицы измерения температур: градус Кельвина, градус Цельсия.
Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев а), б), д).
Письменное подтверждение критериев в) и г).
Сводно – тематический план.

Для модуля «Основы молекулярно-кинетической теории» (18 часов).


Содержание.
Вид контроля.
Комментарий.

Результат 1. Описывать состав веществ и характер движения молекул в различных агрегатных состояниях.
Продолжительность обучения 2 часа.

1
Основные положения молекулярно-кинетической теории.
Тестовое задание.


Результат 2. Решать задачи на определение количества вещества.
Продолжительность обучения 2 часа.

2
Молярная масса и количество вещества.
Решение задач.


Результат 3. Дать определение идеального газа и интерпретировать давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
Продолжительность обучения 2 часа.

3
Давление газа.
Тестовое задание


Результат 4. Описывать состояние газа с помощью термодинамических параметров и решать задачи с использованием объединенного газового закона.
Продолжительность обучения 2 часа.

4
Объединенный газовый закон.
Тестовое задание


Результат 5. Описывать газовые законы и решать задачи с использованием газовых законов.
Продолжительность обучения 2 часа.

5
Изопроцессы и их графики.
Решение задач.


Результат 6. Описывать состояние газовых систем с помощью первого начала термодинамики.
Продолжительность обучения 4 час.

6
Первое начало термодинамики.
Тестовое задание


Результат 7. Решать задачи с использованием уравнения Менделеева – Клапейрона.
Продолжительность обучения 2 часа.

7
Уравнение Менделеева-Клапейрона.
Решение задач.


Результат 8. Различать термодинамическую шкалу температур и шкалу Цельсия.
Продолжительность обучения 2 часа.

8
Термодинамическая шкала температур.
Тестовое задание




Учебные материалы


Основные положения молекулярно – кинетической теории.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Что утверждают основные положения?
б) Кто и когда впервые сформулировал основные положения молекулярно – кинетической теории?
в) Какие явления подтверждают истинность этих положений?
г) Как определяют массу молекул?
д) Чему равен размер молекул?
е) Кто определил скорость движения молекул в газе и чему она равна?

Первое положение: Все вещества состоят из молекул, между которыми имеются межмолекулярные промежутки.
Например: вода состоит из молекул воды (H2O), воздух состоит из молекул: кислорода, водорода, азота, углекислого газа и т.д. (O2, H2, N2, CO2), пластмасса состоит из молекул пластмассы, которые имеют сложное строение.

Второе положение: Молекулы находятся в непрерывном и хаотическом движении.
Это означает, что молекулы ни на секунду не останавливаются и это движение абсолютно беспорядочное.

Третье положение: Между молекулами действуют силы притяжения и силы отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.
Необходимо отличать, что сила взаимодействия между молекулами в твердых телах больше, чем в жидкостях, поэтому твердые тела сохраняют форму, а жидкости текучи. В свою очередь, сила взаимодействия между молекулами жидкости больше силы взаимодействия в газах, поэтому жидкости сохраняют объём, а газы занимают весь предоставленный им объём

Эти положение впервые сформулировал М.В. Ломоносов в 18 веке.

Что является доказательством истинности основных положений.

Явления, подтверждающие основные положения.
Сжимаемость тел. (то, что все тела сжимаются, говорит о том, что между молекулами есть промежутки и то, что газы сжимаются лучше, чем жидкости и твердые тела, говорит о том, что там больше межмолекулярные промежутки)
Диффузия. (проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого, также подтверждает наличие межмолекулярных промежутков и подтверждает то, что молекулы находятся в движении)
Броуновское движение. (еще одно подтверждение непрерывности и хаотичности движения молекул)
И, в итоге, все эти явления доказывают первое положение, что вещества состоят из молекул.

Масса и размер молекул.

Например: масса молекулы O2 - m=53,5*10-27 кг.
Для удобства массу молекул измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.)
Это относительная масса – mотн. Определяется по таблице Менделеева.


1 а.е.м.=1/12 mc

mc- масса атома углерода. m=mотн.*1,66·10-27 кг.
Например: O2 mотн.=32 а.е.м. : Ca mотн.=40 а.е.м.

Размер молекулы: r=1 нм.= 10-9м.

Скорость движения молекул в газе была определена в опыте Штерна, она оказалась равна
·500м/с.

Практическое упражнение:
Определите относительную массу молекул: O2, N2, CO2, H2SO4.
Переведите относительную массу молекулы H2SO4 в килограммы.

Молярная масса и количество вещества.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Что называют молем, и по какой формуле определяют молярную массу?
б) Что показывает число Авогадро и чему оно равно?
в) По каким формулам можно определить количество вещества?
г) В каких единицах измеряют количество вещества?


Молем называют количество вещества, масса которого в граммах равна его относительной молекулярной массе.

·- молярная масса.

·=mотн.*10-3 кг/моль.

Количество молекул в моле любого вещества всегда одинаково и равно числу Авогадро.
NА- число Авогадро.

NА=6,02*1023 моль-1


·- количество вещества.
· = m /
·

[
·]- моль
· = N / NА

Практическое упражнение:
Определите молярную массу: O2, NO3, CO2, H2SO4.
Определите, какое количество вещества содержится в 32 гр. кислорода.
Определите, сколько молекул содержится в 28 гр. азота.

Идеальный газ и давление газа.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Какой газ принимают за идеальный?
б) Для чего вводится понятие идеальный газ?
в) Как понимают давление газа, с точки зрения МКТ?
г) Какая единица давления является основной, а какие единицы являются внесистемными?
д) Какими приборами измеряют давление?

Под идеальным газом понимают такой газ, в котором пренебрегается массой молекул и взаимодействием между ними.
Понятие идеальный газ вводится для простоты вычислений, такого газа в природе не существует.
Давление газа, с точки зрения МКТ, понимают как воздействие молекул этого газа на стенки сосуда, в котором находится газ.

p = F / S
p- давление. F-сила. S- площадь.

Основная единица давления:
[p] = Н/м2 = Па (Паскаль).

Внесистемные единицы давления.
Физическая атмосфера – 1 атм.= 1,013*105 Па.
Техническая атмосфера – 1 ат. = 9,81*104 Па.
Миллиметры ртутного столба – 1 мм.рт.ст. = 133 Па.

Приборы для измерения давления:
Барометр – используют для измерения атмосферного давления.
Манометр – используют для измерения давления в закрытых сосудах (например, в автомобильных шинах)

Основное уравнение молекулярно – кинетической теории газов.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Как записывается основное уравнение МКТ газов.
б) Как зависит кинетическая энергия молекул от температуры.
в) Чему равна постоянная Больцмана?
г) Как выглядит объеденный газовый закон и какие термодинамические параметры он объединяет?

p = 2/3 n Eпост.

p – давление. n – концентрация молекул. Eпост. – кинетическая энергия.

Давление газа прямо пропорционально концентрации и кинетической энергии молекул.

Eпост. = 3/2 k T k – постоянная Больцмана. T – температура.

k = 1,38*10-23 Дж / кг.

Кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна температуре газа.


pV / T = const. – объединенный газовый закон.

p, V, T – термодинамические параметры.
p – давление. V- объем. T – температура.
Любое состояние газа можно описать с помощью этих трех термодинамических параметров.

13 EMBED Equation.3 1415

Объединенный газовый закон для двух состояний одного газа.
Нормальные условия

Нормальное давление – p0 = 1,013*105 Па.
Нормальная температура – T = 273 К.

Практическое упражнение:
Газ находящийся под давлением 2
·105 Па и температуре 350 К, занимает объем 3 м3, какой объём займет этот газ, если его температура стала 700 К, а давление 3
·105Па?


Изопроцессы и их графики.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Какие процессы называют изопроцессами?
б) Какой из термодинамических параметров остаётся постоянным при: изохорном, изобарном и изотермическом процессе?

Процессы, при которых масса газа и один из термодинамических параметров остаются постоянными, называют изопроцессами.


1. Изохорный процесс. m, V – const.

P / T = const - Закон Шарля. p
- изохоры.


T



2. Изобарный процесс. m, p – const.

V / T = const. - Закон Гей – Люссака. V
- изобары.


T



3. Изотермический процесс. m, T – const.

p
· V = const. - Закон Бойля – Мариотта.
p

- изотерма

V
Практическое упражнение:
Газ, находящийся под давлением 3·105 Па и занимающий объём 320 см3 , при постоянной температуре его объём уменьшили до 160 см 3, определите какое установилось давление в этом сосуде?

Первое начало термодинамики.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
Как записывается формула первого начала термодинамики?
Какие физические характеристики описываются в первом начале термодинамики?
Как выглядит первое начало термодинамики для изотермического процесса?
Как выглядит первое начало термодинамики для изобарного процесса?
Как выглядит первое начало термодинамики для изохорного процесса?
Какой процесс называют адиабатным?
Как выглядит первое начало термодинамики для адиабатного процесса?
Что следует из первого начала термодинамики?


Q =
·U + A - формула первого начала термодинамики.

Q – количество тепла переданное системе.

·U - изменение внутренней энергии системы.
A - работа, совершенная системой.

Первое начало термодинамики для изопроцессов.

Изотермический процесс. T – const.


·U = 3 / 2
·
·
· R
·
· T т.к. T – const. T1 = T2
· T = 0 т.к.
· T = T2 - T1

·U = 0 Q =A - первое начало термодинамики для изотермического процесса.



Изобарный процесс. p – const.

Q =
·U + A - первое начало термодинамики для изобарного процесса.


Изохорный процесс. V – const.

A = p (V2 - V1) т.к. V – const V2 = V1 A = 0

Q =
·U - первое начало термодинамики для изобарного процесса.


4. Адиабатный процесс. Q - const.

Адиабатным называю
т процесс, протекающий без обмена теплом с внешней средой.

Q = 0 -
·U = A - первое начало термодинамики для адиабатного процесса


Из первого начала термодинамики следует , что вечный двигатель создать нельзя.
Практическое упражнение:
1. Количество тепла, переданное системе равно 34600 Дж, система совершила работу равную 25800 Дж, определите изменению внутренней энергии этой системы.


Уравнение Менделеева – Клапейрона.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Как выглядит уравнение Менделеева – Клапейрона.
б) Какие физические величины связывает уравнение Менделеева – Клапейрона?
в) Чему равна универсальная газовая постоянная?

pV / T = N·k N =
· · NA pV / T =
· · NА· k
NА· k = R R – универсальная газовая постоянная.
R = 8,31 Дж / моль· К

pV / T =
· · R
· = m /
· pV / T = m /
· · R

13 EMBED Equation.3 1415

Уравнение Менделеева – Клапейрона.

Практическое упражнение:
1. Определите температуру 280 гр. азота (N2), который занимает 3 л. и находится под давлением 2·104 Па.

Термодинамическая шкала температур.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
а) Какая температура принята за Абсолютный нуль?
б) Чему равна температура Абсолютного нуля по шкале Цельсия?
в) Как связаны шкала Кельвина и шкала Цельсия?

Абсолютный нуль – это температура, при которой полностью прекращается движение молекул.
Выведем, чему равна температура Абсолютного нуля.
p =2/3 n · Eпост. т.к.
·=0 Eпост = 0 p = 0 p – давление.
n – концентрация молекул. Eпост – кинетическая энергия.

pt = p0 · ( 1 + 1/273 t) – Закон Шарля.
t – температура.

т.к. p0
· 0 1 + 1/273 t = 0 t = - 273 °С. – Температура Абсолютного нуля.


T = 273 + t - формула связывающая шкалу Цельсия
и шкалу Кельвина.
T – шкала Кельвина. [T] = K (градус Кельвина)
t – шкала Цельсия. [t] =
· C (градус Цельсия)

В физике основной школой является шкала Кельвина, следовательно, основной единицей измерения температуры, является градус Кельвина.
В быту мы пользуемся градусами Цельсия.

Практическое упражнение:
Переведите температуры: 20° C, 135° C, -36° C в температуру по шкале Кельвина.
Переведите температуры: 180 К, 457 К, 9 К в температуру по шкале Цельсия.







Резюме
к основам Молекулярно – кинетической теории.
Все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном и хаотическом движении.
Размер молекул очень мал, около 1 нм.
Масса молекул ничтожно мала, поэтому при расчетах используют относительную массу, которую определяют из таблицы Менделеева.
Скорость движения молекул в газе огромна, около 500 м/с.
Молярную массу определяют по формуле:
·=mотн.*10-3 кг/моль.
Количество вещества определяют по формулам:
·=m/
· и
·=N/Nа
Идеальный газ – это специально придуманный газ, для удобства расчетов, которого нет в природе.
Давление газа определяется взаимодействием молекул газа со стенками сосуда.
Основная единица давления – Паскаль.
Скорость движения молекул зависит от температуры.
Состояние газа описывают с помощью трех термодинамических параметров: давления объёма и температуры.
Уравнение, которое показывает зависимость между этими параметрами, называется объединённым газовым законом.
Существует три изопроцесса: изохорный, изобарный и изотермический.
Формула, связывающая шкалу Кельвина и Цельсия выглядит как: T=t+273.
В физике основной температурной шкалой является шкала Кельвина.

Основные константы:
Постоянная Авогадро Nа=6,02·1023 моль-1
Постоянная Больцмана k=1,38·10-23 Дж/кг.
Универсальная газовая постоянная R=8,31 Дж/моль·К.
Температура Абсолютного нуля, по шкале Цельсия t = -273°C.















Оценочные материалы

Тестовое задание
к Основным положениям Молекулярно – кинетической теории.

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

Взаимодействие между молекулами носит характер
а) притяжения;
б) притяжения на малых расстояниях, отталкивания - на больших;
в) отталкивания на малых расстояниях, притягивания – на больших.

Кто впервые сформулировал основные положения МКТ.
а) Д.И. Менделеев.
б) А.Г. Столетов.
в) М.В. Ломоносов.

Молекулы в газе
а) движутся равномерно прямолинейно между столкновениями;
б) колеблются вблизи положений равновесия;
в) неподвижны.

Каков порядок размера молекулы?
а) 1 нм;
б) 1 мм;
в) 1 мкм.

Скорость движение молекул в газе примерно равна
а) 500 см/с;
б) 500 м/с;
в) 500 км/с.

Чему равна относительная масса молекулы кислорода?
а) 16 а.е.м.
б) 28 а.е.м.
в) 32 а.е.м.

Значение постоянной Авогадро равно
а) 6,02·1023
б) 1,38·10-23
в) 6,02·10-23

Какое из следующих положений противоречит основам молекулярно – кинетической теории?
а) вещество состоит из молекул;
б) молекулы вещества движутся беспорядочно;
в) все молекулы вещества имеют одинаковые скорости.

Эталоны ответов:
в)
а)
а)
а)
б)
в)
а)
в)
Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 8 правильных ответов.
Оценка - «4» - ставится за 7-5 правильных ответов.
Оценка - «3» - ставится за 4-3 правильных ответов.
Оценка - «2» - ставится за 2 правильных ответа.


Задачи к пункту «Молярная масса и количество вещества».
Определите молярную массу молекул: O3, CO2, H3PO4.
Какое количество вещества содержится в 100 гр. алюминия?
Определите массу 2 молей водорода.
Сколько молекул содержится в 15 гр. воды?

Решение задач:
Дано:
O3, CO2, H3PO4
Найти: М
Решение: M=mотн.
·10-3 кг/моль. mотн- определяется из таблицы Менделеева.
O3 М=48.
·10-3 кг/моль
CO2 М=44.
·10-3 кг/моль
H3PO4 М=98.
·10-3 кг/моль

Дано:
m=100 гр. Al
Найти:
·
Решение:
·=m/M
·=10-1кг./27
·10-3 кг/моль=3,8 моль.

Дано:

· =2 моль H2
Найти: m
Решение: m =
·
·M m=2 моль
· 2
·10-3 кг/моль=4.
·10-3 кг

Дано:
m=15 гр H2O
Найти: N-?
Решение: N=Na
·
·
·=m/M
·=15
·10-3кг/18
·10-3кг/моль=0,8 моль
N=0,8 моль
·6,02
·1023 моль-1=4,8
·1023





Тестовое задание
к пункту «Идеальный газ и давление газа».

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

Какой газ принято считать идеальным?
а) газ, в котором очень мало молекул;
б) газ, в котором пренебрегается массой молекул и взаимодействием между ними;
в) газ, в котором все процессы протекают идеально.

Продолжите фразу. Давление газа обусловлено тем, что.
а) молекулы газа взаимодействуют со стенками сосуда;
б) молекулы газа взаимодействуют между собой;
в) молекулы газа очень подвижны.

Какая единица принята за основную единицу давления.
а) Ньютон;
б) Джоуль;
в) Паскаль.

Какая из приведённых ниже единиц не относится к единицам давления?
а) Физическая атмосфера;
б) техническая атмосфера;
в) гигакалорий;
г) миллиметры ртутного столба.

Каким прибором нельзя измерить давление?
а) Барометром;
б) Манометром;
в) Люксметром.

Эталоны ответов:
б)
а)
в)
в)
в)
Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 5 правильных ответов.
Оценка - «4» - ставится за 4 правильных ответов.
Оценка - «3» - ставится за 3 правильных ответов.
Оценка - «2» - ставится за 2 правильных ответа.

Тестовое задание
к пункту «Основное уравнение молекулярно – кинетической теории газов».

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

Как, вы считаете, будет зависеть давление газа от кинетической энергии молекул газа?
а) чем больше кинетическая энергия, тем меньше давление;
б) чем больше кинетическая энергия, тем больше давление;
в) давление не зависит от кинетической энергии.

Какая из приведенных ниже величин не относится к термодинамическим параметрам газа?
а) Объём;
б) Давление;
в) Энергия;
г) Температура.

Значение постоянной Больцмана равно
а) 1,38·10-23
б) 1,38·1023
в) 6,02·1023
Объем сосуда с разреженным газом увеличили в 2 раза и в 2 раза увеличили абсолютную температуру газа. В результате этого давление...
а) уменьшилось в 2 раза;
б) увеличилось в 2 раза;
в) не изменилось.

Эталоны ответов:
б)
в)
а)
в)


Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 4 правильных ответа.
Оценка - «4» - ставится за 3 правильных ответа.
Оценка - «3» - ставится за 2 правильных ответа.
Оценка - «2» - ставится за 1 правильный ответ.





Тестовое задание
к пункту «Изопроцессы и их графики».

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.


Газ, находящийся под давлением 2·105 Па и занимающий объём 360 см3 , при постоянной температуре его объём уменьшили до 180 см 3, определите какое установилось давление в этом сосуде?
а) 1·105 Па
б) 1,2·105 Па
в) 4·105 Па

Как изменится давление газа, при постоянном объёме, если его температура увеличится?
а) не изменится;
б) увеличится;
в) уменьшится.

Процесс, протекающий при постоянном давлении в газе, описывается законом..
а) Шарля;
б) Гей-Люссака;
в) Бойля-Мариотта.



Эталоны ответов:
в)
в)
б)

Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 3 правильных ответа.
Оценка - «4» - ставится за 2 правильных ответа.
Оценка - «3» - ставится за 1 правильный ответ.
Оценка - «2» - ставится за 0 правильных ответов.



Тестовое задание
к теме «Первое начало термодинамики».

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

Какая из формул, верно, отражает первое начало термодинамики?
а) Q=
·U+A б) U=
·Q+A в) A=
·U+Q

Как изменится внутренняя энергия идеального газа при изотермическом сжатии?
а) увеличится;
б) уменьшится;
в) не изменится.

В некотором процессе газ совершил работу 300 Дж и его внутренняя энергия увеличилась на 400 Дж. Какое количество теплоты сообщили газу?
а) 100 Дж;
б) 300 Дж;
в) 700 Дж.

Какое выражение соответствует первому закону термодинамики при изохорном процессе?
а) Q=
·U+A б) A=p(V2-V1) в) Q=A г) -
·U=A

Адиабатным называют процесс при котором
а) p-const б) Q-const в) V-const г) T-const


Эталоны ответов:
а)
а)
в)
б)
б)

Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 5 правильных ответов.
Оценка - «4» - ставится за 4 правильных ответа.
Оценка - «3» - ставится за 3 правильных ответа.
Оценка - «2» - ставится за 2 правильных ответа.

Тестовое задание
к пункту «Термодинамическая шкала температур».

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

Как взаимосвязаны температура и скорость движения молекул?
а) Чем меньше температура, тем меньше скорость;
б) Чем больше температура, тем меньше скорость;
в) Чем меньше температура, тем больше скорость.


Температура Абсолютного нуля, по шкале Цельсия, равна.
а) 273 °С
б) -273 °С
в) 0 °С

Какая из приведенных формул показывает взаимосвязь шкалы Цельсия и шкалы Кельвина?
а) t=T+273
б) T=t-273
в) T=t+273

Основной единицей температуры в физике является .
а) Градус Кельвина;
б) Градус Цельсия;
в) Градус Фаренгейта.

Чему равна температура 20° С по термодинамической шкале?
а) 253 К;
б) 273 К;
в) 293 К.

Чему равна температура 4 К по шкале Цельсия?
а) -269°С;
б) 277°С;
в) 269°С.

Эталоны ответов:
а)
б)
в)
а)
в)
а)

Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 6 правильных ответов.
Оценка - «4» - ставится за 5-4 правильных ответов.
Оценка - «3» - ставится за 3 правильных ответа.
Оценка - «2» - ставится за 2 правильных ответа.



Модуль «Агрегатные состояния вещества».

Цели обучения: По завершении изучения данного модуля Вы будете различать агрегатные состояния вещества по характеру движения молекул и взаимодействия между ними.

Продолжительность обучения: 8 часов.

Требования к обучающимся: основное образование.

Результат 1. Описывать газообразное состояние вещества и процессы связанные с ним с точки зрения молекулярно – кинетической теории.

Критерии оценки результата:
а) Характер движения молекул и взаимодействие между ними, в газообразном состоянии вещества, описан верно;
б) парообразование, с точки зрения МКТ, описано верно;
в) испарение и кипение, как виды парообразования, описаны верно;
г) причины появления влаги в воздухе названы верно;
д) приборы для измерения влажности воздуха названы верно.

Содержание результата:
Приборы для измерения влажности воздуха: Психрометр, гигрометр.

Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев от а) до д)

Результат 2. Решать задачи на определение относительной влажности воздуха.

Критерии оценки результата:
а) Формула для определения относительной влажности воздуха записана верно;
б) относительная влажность воздуха определена верно.

Требования к процедуре оценки:
Письменное подтверждение критериев а), б).

Результат 3. Описывать жидкое состояние вещества и процессы связанные с ним с точки зрения молекулярно – кинетической теории.

Критерии оценки результата:
а) Характер движения молекул и взаимодействие между ними, в жидком состоянии вещества, описан верно;
б) определение и физические свойства поверхностного слоя жидкости сформулированы верно;
в) формула для определения работы по изменению площади свободной поверхности записана верно;
г) примеры капиллярных явлений в природе и быту, названы верно;
д) формула для определения высоты поднятия жидкости в капилляре записана верно.


Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев – а), б), г).
Письменное подтверждение критериев - в) и д).

Результат 4. Описывать твердое состояние вещества и процессы связанные с ним с точки зрения молекулярно – кинетической теории.

Критерии оценки результата:
а) Характер движения молекул и взаимодействие между ними, в твердом состоянии вещества, описан верно;
б) кристаллические твердые тела описаны верно;
в) аморфные твердые тела описаны верно;
г) механические свойства твердых тел названы верно;
д) формула для определения механического напряжения записана верно.

Содержание результата:
Механические свойства: деформация, механическое напряжение.

Требования к процедуре оценки:
Устное или письменное подтверждение критериев – а), б), в), г).
Письменное подтверждение критерия - д).









Сводно – тематический план.

Для модуля «Агрегатные состояния вещества» (8 часов).


Содержание.
Вид контроля.
Комментарий.

Результат 1. Описывать газообразное состояние вещества и процессы связанные с ним с точки зрения молекулярно – кинетической теории.
Продолжительность обучения 2 часа.

1
Характеристика газообразного состояния вещества.
Тестовое задание.


Результат 2. Решать задачи на определение относительной влажности воздуха.
Продолжительность обучения 2 часа.

2
Влажность воздуха.
Решение задач.


Результат 3. Описывать жидкое состояние вещества и процессы связанные с ним с точки зрения молекулярно – кинетической теории.
Продолжительность обучения 2 часа.

3
Характеристика жидкого состояния вещества.
Тестовое задание


Результат 4. Описывать твердое состояние вещества и процессы связанные с ним с точки зрения молекулярно – кинетической теории.
Продолжительность обучения 2 часа.

4
Характеристика твердого состояния вещества.
Тестовое задание




Учебные материалы


Насыщенный и ненасыщенный пар, влажность.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
Что называют парообразованием?
Какие виды парообразования существуют?
Что понимают под испарением?
От чего зависит испарение?
Что понимают под кипением?
Откуда берется влага в воздухе?
По какой формуле определят относительную влажность воздуха?
Какими приборами измеряют относительную влажность воздуха?


Переход жидкости в пар называют парообразованием.

Парообразование бывает двух видов:
Испарение.
Кипение.

Испарение- это, парообразование которое происходит только со свободной поверхности жидкости.
Испарение зависит: от рода жидкости, от площади свободной поверхности, от температуры жидкости, от площади пара над поверхностью жидкости.
Конденсация – это обратный процесс парообразования.
Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.
Давление pн насыщенного пара зависит только от температуры.
Если p < pн пар называется ненасыщенным.
Давление p ненасыщенного пара зависит и от объема.
Кипение – это, парообразование которое происходит в объеме всей жидкости.
Температура кипения зависит от давления. Чем больше давление, тем выше температура кипения и чем меньше давление, тем ниже температура кипения.

Теплота парообразования.
Q = r
· m
r – удельная теплота парообразования.
Q – количество теплоты необходимой для парообразования.

[ r ] = Дж/кг.
Относительная влажность
· равна отношению парциального давления пара к давлению ненасыщенного пара при данной температуре.


· = p/pн
· 100%
Точка росы – температура, при которой водяной пар становится насыщенным.

Приборы для измерения влажности воздуха: Гигрометр, Психрометр.
Практическое упражнение:
В 4 м3 воздуха при температуре 16°С находится 40 гр водяного пара. Найти относительную влажность воздуха.



2.Жидкости.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
Что значит квазикристаллическое состояние?
Какую функцию играет поверхностный слой жидкости?
По какой формуле определяют работу по изменению площади свободной поверхности жидкости?
По какой формуле определяется сила поверхностного натяжения жидкости?
В каких единицах измеряется коэффициент поверхностного натяжения жидкости?
Что понимают под капиллярными явлениями?

Жидкое состояние вещества является промежуточным между газом и твердым состоянием вещества.

Жидкое состояние вещества называют квазикристаллическим состоянием, т.е. в жидкости имеется ближний порядок в расположении молекул.

Одно из отличий жидкости от газа, это наличие поверхностного слоя.
Молекулы жидкости, которые находятся в поверхностном слое, притягиваются только внутрь жидкости. Поэтому поверхностный слой оказывает давление на жидкость около 11
· 105 Па.

A =
·
·
·S

· – коэффициент поверхностного натяжения жидкости. (Табличное)
A – работа по изменению площади сводной поверхности жидкости.

·S – изменение площади свободной поверхности жидкости.

F =
·
· l
F – сила поверхностного натяжения.
l – длина свободной поверхности.
[
·] = Н/м.
КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Если жидкость смачивает стенки капилляра, она поднимается в капилляре, если не смачивает, опускается.
В случае полного смачивания или не смачивания высота h подъема или опускания жидкости в цилиндрическом капилляре радиуса r определяется по формуле:

h =2
·/
·gr
h – высота поднятия жидкости.
r – радиус капилляра.

· – плотность жидкости.
g = 9.8 м/с2

Практическое упражнение:
Какую работу надо совершить, чтобы выдуть мыльный пузырь радиусом 4 см? Коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора равен 40 мН/м.
На какую высоту поднимется вода между параллельными пластинками, находящимися на расстоянии 0,2 мм друг от друга?

Твердые тела.

При прочтении данного пункта постарайтесь ответить на следующие вопросы:
На какие группы делятся твердые тела?
Какие твердые тела называют кристаллическими?
Что такое монокристаллы?
Что такое поликристаллы?
Что понимают под изотропией и анизотропией?
Какие твердые тела называют аморфными?
Какие существуют механические свойства у твердых тел?
Что понимают под деформацией?
Что понимают под механическим напряжением?
По какой формуле определяется механическое напряжение?

Твердые тела делятся на две группы:
Кристаллические.
Аморфные.

Кристаллические – это твердые тела, в которых атомы (молекулы) расположены в строго определенном порядке, не меняющемся во всем объеме кристалла (соль, лед, кварц, медь).
Проявляют упругость при механических воздействиях, как кратковременных, так и длительных.
Обладают определенной температурой плавления Tпл.
При T < Tпл тело остается твердым.
При T > Tпл становится жидким.
Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.
Монокристаллы – состоят из одиночных кристаллов. Физические свойства зависят от направления (анизотропия).
поликристаллы – состоят из множества одиночных кристаллов. Физические свойства не зависят от направления (изотропия).
Аморфные – это твердые тела, у которых отсутствует дальний порядок в расположении молекул (стекло, смолы).
При кратковременных механических воздействиях проявляют упругие свойства, при длительных воздействиях текучи (проявляют свойства жидкости).
Нет определенной температуры плавления. Переход из твердого состояния в жидкое происходит постепенно – вещество размягчается, растет текучесть.
Физические свойства не зависят от направления (изотропия).


МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ.
При механических воздействиях в твердых телах возникают деформации.
Простейший тип деформации – деформация растяжения (сжатия).
Мерой деформации является относительное удлинение
· =
·l / lо

·l – удлинение тела.
lо - начальная длина тела.
Механическое напряжение
· - отношение силы упругости F к площади S сечения, перпендикулярного направлению действия силы.


·= F/S [
·] = Н/м2 =Па (Паскаль).
Согласно закону Гука при малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению:

· = E |
· |, где E – модуль Юнга (модуль упругости). [E] =Па.

Практическое упражнение:
Резиновый шнур длиною 2 метра растянули до 2 метров 50 см, определите абсолютную и относительную деформацию?
К стержню диаметром 2 см, прикрепленному к потолку, подвешен груз массой 15 кг определите механическое напряжение внутри стержня.


Резюме
К теме «Агрегатные состояния вещества».
Существует три агрегатных состояния вещества: газы, жидкости и твердые тела.
Агрегатные состояния вещества отличают по характеру движения и взаимодействия молекул этого вещества.
Наибольшая скорость движения молекул вещества - в газах, наименьшая - в твердых телах.
Межмолекулярные промежутки наибольшие – в газах, наименьшие - в твердых телах.

Тестовое задание
к теме «Агрегатные состояния вещества».

К пункту «Газообразное состояние вещества»

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

В каких веществах скорость движения молекул наибольшая?
а) в газах;
б) в жидкостях;
в) в твердых телах.

При конденсации пара при постоянной температуре его внутренняя энергия
а) не изменяется;
б) увеличивается;
в) уменьшается.

Парообразование, которое происходит только со свободной поверхности, называется
а) кипением;
б) испарением.

Точкой росы называют
а) давление, при котором относительная влажность воздуха 100 %;
б) температуру, при которой водяной пар в воздухе становится насыщенным;
в) момент, когда плотность водяного пара становится равной плотности воды.

По какой формуле определяется относительная влажность воздуха?
13 EMBED Equation.3 1415
Какими из ниже перечисленных приборов можно измерить влажность воздуха?
а) люксметр;
б) барометр;
в) гигрометр;
г) тонометр;
д) психрометр.

Эталоны ответов:
а)
в)
б)
б)
а)
в), д)

Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 6 правильных ответов.
Оценка - «4» - ставится за 5-4 правильных ответов.
Оценка - «3» - ставится за 3 правильных ответа.
Оценка - «2» - ставится за 2 правильных ответа.









Оценочные материалы

Тестовое задание
к пункту «Жидкости и твердые тела»

В каждом задании выберете правильный вариант ответа.

Про расположение молекул в жидкости можно сказать, что там есть.
а) дальний порядок в расположении молекул:
б) ближний порядок в расположении молекул;
в) там нет ни какого порядка.

По какой формуле определяют работу по изменению площади свободной поверхности?
а) A=
·
·
·S б) A=
·S/
· в) F=
·
·L

Коэффициент поверхностного натяжения измеряется
а) Н
·м б) Н/м в) Дж/кг

Твердые тела, в которых молекулы расположены в строго определенном порядке, называются
а) аморфными;
б) кристаллическими.

Из перечисленных ниже тел определенную температуру плавления имеет
а) стекло
б) смола
в) лед

Большинство металлов в обычных условиях является
а) монокристаллами;
б) аморфными
в) поликристаллами.

Эталоны ответов:
а)
а)
б)
б)
в)
в)

Критерии оценки:
Оценка – «5» - ставится за 6 правильных ответов.
Оценка - «4» - ставится за 5-4 правильных ответов.
Оценка - «3» - ставится за 3 правильных ответа.
Оценка - «2» - ставится за 2 правильных ответа.




Задачи на определение относительной влажности воздуха.
Найти относительную влажность воздуха в комнате при 18°С, если точка росы 10°С.
Относительная влажность воздуха вечером при 16°С равна 55%. Выпадет ли роса, если ночью температура понизится до 8°С?


Решение 1 задачи:
Дано:
t=18°С
tр=10°С
Найти: B
Решение: B=pa/pн
·100% pa=1,23 кПа. pн=2,07 кПа.

B=1,23 кПа/2,07 кПа
·100%=60%
Ответ: B=60%

Решение 2 задачи:
Дано:
B=55%
t=16°С
tр=8°С
Найти: pa
Решение: pa=B
·pн/100% pa=55%
·1,81 кПа/100%=0,99 кПа.
pa=1,06 кПа при 8°С>0,99 кПа Ответ: Роса не выпадет.












Литература
Кикин Д. Г., Самойленко И.И. Физика с основами астрономии. Учебник для средних специальных учебных заведений., М, «Просвещение», 1993 г, 256 с.
Жданов Л.С., Жданов Г.Л., Физика. Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. М., «Просвещение», 1990 г., 590 с.
Рябоволов Г.И. и др. Сборник дидактических заданий по физике., М, «Просвещение», 1990 г, 420 с.






































Приложенные файлы


Добавить комментарий