Динамика материальной точки

Причина?

Масса

Сила НЬЮТОНА

Ускорение

Физическая система СИЛ упругости,

тяготения,

трения

· Законы сохранения импульса и энергии

· Динамика системы материальных точек

· Теория колебания математического маятника

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ

ФАКТЫ

Существование макроскопических тел.

- Явление взаимодействия тел.

МОДЕЛЬ

Модель тела – материальная точка.

2. Инерциальная система отсчёта (как простая модель пространства и времени); неинерциальные системы отсчета.

3. Законы Ньютона.

	Явление	Формулировка закона
I закон	Взаимодействие тел в покое или в состоянии равномерного прямолинейного движения	Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
II закон	Ускоренное движение тела под действием других тел	Произведение массы тела на его ускорение равно геометрической сумме сил, действующих на тело.
III закон	Взаимодействие двух тел	Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны.

СЛЕДСТВИЕ

- Границы применимости законов Ньютона.

ПРИМЕНЕНИЕ

Определение характеристик движения тел

- Расчёт сил, действующих на тела

- Выяснение причины покоя, равномерного прямолинейного движения или равноускоренного движения тел.

Вопросы и задания по теме «ОСНОВЫ ДИНАМИКА»

1.1 При столкновении грузовика с легковой автомашиной, повреждение получает главным образом легковая. Чем это объяснить?

2.1 Что является причиной ускоренного движения тел?

2.2 Дан график зависимости проекции скорости от времени для прямолинейного движения тела. Укажите, на каких участках действие окружающих сил скомпенсированы? Как направлена равнодействующая сила по отношению к направлению движения?

2.3 Какие утверждения являются особенностями проявления третьего закона Ньютона:

1. силы появляются только парами;

2. закон верен для сил любой природы;

3. силы уравновешиваются;

4. силы всегда возникают при взаимодействии.

2.4 Пассажиры, стоящие в вагоне подходящей к станции электрички, наклоняются в момент остановки поезда не вперед, а назад, «вопреки» закону инерции. Почему?

2.5 Согласно второму закону Ньютона, ускорение пропорционально силе. Чем больше сила тяжести, тем больше ускорение свободного падения. Однако, оно для всех тел одинаково. Поясните противоречие.

2.7 Аристотель писал: «Все движущееся необходимо приводится в движение чем-нибудь». Объясните смысл фразы. Верно ли утверждение Аристотеля?

2.8 Дайте формулировку первого закона Ньютона, если пользоваться понятием силы.

2.9 Можно ли сказать, что действие одних тел на другие является причиной их движения?

2.10 Для каких фундаментальных взаимодействий применим третий закон Ньютона?

2.11 Какое физическое явление описывает второй закон Ньютона?

3.1 Гребцы, пытающиеся заставить двигаться лодку против течения, не могут с этим справиться, и лодка остается в покое относительно берега. Действие каких тел при этом компенсируется?

3.2 Всегда ли применимы законы Ньютона?

3.3 Автомобиль тормозит на горизонтальном участке дороги. Изобразить силы, действующие на тело, с учетом характера движения тела и записать основное уравнение динамики в проекциях на координатные оси.

3.4 Монета, лежащая на картонке, закрывающей горлышко бутылки, при резком щелчке по картону в горизонтальной плоскости падает в бутылку. Объясните явление?

Экспериментальная задача

С наклонного желоба без начальной скорости пускают шарик на разные поверхности: на песок; на ткань; на стол. Что наблюдаем? Какие можно сделать выводы?

Экспериментальная задача

Демонстрируется падение воздушного шарика на стол. Назовите объект наблюдаемой демонстрации. Назовите модель объекта. Какое явление наблюдаем? Какова модель этого явления?

Экспериментальная задача

Демонстрируется падение двух одинаковых листов бумаги, один из которых смят. Одинаково ли время падения листов? Какое явление наблюдаем? Не противоречат ли результаты опыта 2 закону Ньютона?

СИЛЫ В МЕХАНИКЕ

	Сила всемирного тяготения	Сила трения	Сила упругости
Факты	· Явления взаимного притяжения любых тел на расстоянии: Луны и Земли, яблока и Земли и др. · Природа - гравитационное взаимодействие · Действие Земли на тела; сила тяжести как характеристика этого действия	· Явление взаимодействия двух тел при соприкосновении, которое выражается в препятствии их взаимному перемещению · Природа – электромагнитное взаимодействие · Виды: внешнее (покоя, скольжения, качения), внутреннее (слои газа или жидкости), сопротивление (движение тела относительно газа или жидкости)	· Явление деформации тел – растяжение, сжатие, изгиб, кручение · Природа – электромагнитное взаимодействие ·Действие деформированного тела на другие тела
Модель	· Универсальность гравитационного взаимодействия в природе – все тела и частицы участвуют в нем · Модель взаимодействия: на расстоянии между телами мгновенно без посредников · Закон всемирного притяжения для материальных точек – И. Ньютон (1667) · Экспериментальное определение G - опыты Кавендиша (1798) метод крутильных весов; G = 6,67 10^-11 Н м²/ кг²	· Сила трения Fтр как характеристика действия поверхности на тело · Характер силы трения: а) зависит от материала тела и поверхности, смазки, величины N; б) не зависит от S поверхности; в) F_max_покоя > F _{скольжения;} г) F _{качения} < F _{скольжения} · Закон для силы трения Fтр = µ N µ - коэффициент трения характеризует материал	· Сила упругости F_у как характеристика действия деформированного тела · Природа силы упругости – изменение электрического взаимодействия частиц тела · Закон Гука F_x = - kx k - жесткость [k] = Н/м
Следствия	· Объяснение природы движения планет · Выяснение причины приливов на Земле · Понимание «не заметности» силы всемирного тяготения обычных тел · Вывод формулы силы тяжести	· Уменьшение трения · Увеличение трения · Расчет движения тел	· Виды сил упругости: сила реакции опоры или подвеса, вес тела · Роль сил упругости в природе, технике, быту · Пружинные весы · Расчет деформаций

Вопросы и задания по теме «СИЛЫ В ПРИРОДЕ»

1.1 Какое фундаментальное взаимодействие определяет силу трения?

1.2 Почему не приближаются друг к другу предметы в комнате, несмотря на их гравитационное притяжение?

2.1 Почему механическая модель кристалла правильно описывает упругие силы, возникающие при его сжатии и растяжении?

2.2 Сформулируйте закон Гука. Выясните физический смысл жесткости пружины. Определите границы применимости закона Гука. Представьте закон Гука графически.

2.3 Какое физическое явление описывает закон Гука? Используется ли при его формулировке такая модель тела как материальная точка?

3.1 При каком движении лифта вес тела, находящегося в нем, равен силе тяжести; больше силы тяжести; меньше силы тяжести; равен нулю?

3.2 Чтобы бросить камень вертикально вверх на него нужно подействовать силой, которая по модулю:

а) больше силы тяжести; б) меньше силы тяжести; в) равна силе тяжести, г) больше силы тяжести и силы сопротивления воздуха.

3.3 Изобразите вектор силы тяжести, действующей на следующие тела: подвешенный на нити шарик; брусок, лежащий на столе, брусок, лежащий на наклонной плоскости, спутник, движущийся по орбите вокруг Земли, льдину, плавающую на поверхности воды.

3.4 На транспортере движется ящик с грузом без скольжения. Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком?

3.5 Для чего делается насечка у головки гвоздя?

3.6 Зубья пилы разводят в разные стороны от плоскости пилы. Зачем это делают?

3.7 Почему капли дождя легко стекают с наклонного ската крыши, а снег на крышах скапливается толстым слоем?

3.8 С какой целью приводные ремни, передающее вращение одним шкивам другим, натираются специальной пастой.

3.9 Когда тепловоз резко трогает состав с места, то при этом иногда сцепки между вагонами разрываются. Почему и в каком месте чаще всего может происходить разрыв?

3.10 Есть ли границы применимости закона всемирного тяготения?

3.11 Как из формулы закона всемирного тяготения получить формулу силы тяжести? От чего зависит эта сила?

Экспериментальное задание

Проградуировать динамометр в качестве пружинных весов.

Оборудование: динамометр с закрытой шкалой, набор грузов по механике, линейка, тело неизвестной массы.

ОСНОВЫ СТАТИКИ

ФАКТЫ

Явление равновесие тела, т.е. состояние покоя тела в ИСО

- Виды равновесия

Виды равновесия	Тело, имеющее точку опоры	Тело с закреплённой осью	Тело, имеющее площадь опоры
Устойчивое
Неустойчивое
Безразличное

МОДЕЛЬ

1. Модель тела – абсолютно твёрдое тело.

d – плечо силы M = F ∙ d – момент силы

Момент силы относительно оси вращения.

3. Условия равновесия тела.

Первое условие	Второе условие
	+ + = 0

4. Связь – препятствие движению тела (поверхность, верёвка и т.д.)

Реакция связи – сила, действующая на тело со стороны связи.

ПРИМЕНЕНИЕ

Правило рычаг

- Равновесие крана при подъеме груза

- Объяснение видов равновесия.

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Закон сохранения механической энергии

Закон сохранения импульса

ФАКТЫ

- Закон сохранения и превращения энергии.

- переход энергии от одних тел к другим.

МОДЕЛЬ

1. Тела – материальные точки. 2. Замкнутая система тел. 3. Энергия – характеристика состояния системы. 1) кинетическая энергия тела (энергия движения)

2) потенциальная энергия тела, поднятого над землей.

3) п отенциальная энергия упруго деформированного тела

4. Механическая работа – мера изменения энергии системы.

[A] = 1 Дж

5. Полная механическая энергия

6. Закон сохранения энергии.

1. Тела – материальные точки. 2. Замкнутая система тел.

3. Импульс тела – количество движения 4.

Импульс силы 5. II закон Ньютона 6. Закон сохранения импульса

Суммарный импульс тел в замкнутой системе остается неизменным при любых движениях и взаимодействиях системы.

СЛЕДСТВИЕ

- границы применимости закона; - расчёт кинематических характеристик движения; - энергетическое описание движения.

- реактивное движение; - расчет скорости ракеты; - ходьба; - движение морских животных; - «отдача» при выстреле.

Вопросы и задания по теме «ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ»

1.1 Опишите превращение энергии, которые происходят при спортивной стрельбе из лука.

1.2 Если детский резиновый шарик надуть и отпустить его, то шарик стремительно взлетит вверх. Почему?

2.1 Что можно сказать об импульсе тела, если сумма сил, приложенных к нему равна нулю?

2.2 Как изменится полная механическая энергия системы тел, если между телами, наряду с другими силами, действует сила трения?

2.3 Запишите в скалярной форме закон сохранения импульса для упругого и неупругого удара.

2.4 Два тела одинакового объёма, стальное и свинцовое движутся с одинаковыми скоростями. Сравните импульсы этих тел.

2.5 Может ли система тел на Земле или вблизи поверхности Земли быть замкнутой?

2.6 Точка равномерно движется по окружности. Изменяется ли её импульс?

3.1 Результатом чего является отдача при выстреле из оружия? Приведите другие примеры эффекта отдачи.

3.2 Почему удар молотом по тяжелой наковальне, положенной на грудь циркового артиста, оказывается для него безвредным?

3.3 Почему пуля, вылетевшая из ружья, не может отворить дверь, но пробивает в нем отверстие, тогда как давлением пальца дверь отворить легко, но проделать отверстие не возможно.

3.4 Автомобиль спускается с горы с выключенным двигателем. За счет какой энергии движется автомобиль при этом?

3.5 Два шара разной массы, имеющие одинаковые кинетические энергии, летят навстречу друг другу. В какую сторону они полетят после абсолютного неупругого соударения?

3.6 В каких случаях можно применять закон сохранения импульса?

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

ФАКТЫ

Колебательное движение тела или системы тел.

- Существование различных видов колебательного движения (свободные, вынужденные)

- Колебательное движение – движение, которое точно или приблизительно повторяются через определенный интервал времени.

МОДЕЛЬ

1. Кинематические характеристики движения:

· амплитуда – максимальное отклонение тела от положения равновесия [x_m] = 1м

· период – время одного полного колебания [T] = 1с

· частота – число колебаний за 1с [n] = 1Гц (Герц)

· координата тела [x] = 1м

· фаза колебаний - j

· циклическая частота – число полных колебаний за 2p секунд

2. Модели колебательных систем:

- математический маятник - материальная точка, подвешенная на невесомой или нерастяжимой нити.

- пружинный маятник

3. Закон колебательного движения ,

его решение

- уравнение гармонических

колебаний

4. Закон сохранения энергии замкнутой колебательной системы.

СЛЕДСТВИЕ

- Затухающие колебания (F_тр. ¹0)

Закон математического маятника

- Механический резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении собственной частоты колебательной системы с частотой внешней силы.

ПРИМЕНЕНИЕ

Маятниковые часы

- Определение гравитационных аномалий

- Расчет колебательных систем.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ

ФАКТЫ

Волны на поверхности воды

- Сейсмические волны

-Бегущая волна на резиновом шнуре

- Распространение звука

- Океанические волны

МОДЕЛЬ

Механическая волна – колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени

1) Виды упругих волн

· Поперечные – колебания совершаются в направлении, перпендикулярном распространению волны.

· Продольные – колебания совершаются вдоль распространения волны.

2) Характеристики волны:

Длина волны – расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах

· Частота колебаний - n

· Скорость распространения волны

· Фронт волны, луч

3) Свойства волн:

· отражение волн

· интерференция – явление наложения когерентных волн, при котором происходит увеличение или уменьшение амплитуды результирующих колебаний.

· дифракция – огибание волной препятствий.

Условие: препятствие соизмеримо с длиной волны

СЛЕДСТВИЕ

Изучение звуковых волн.

Вопросы и задания по теме «КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ»

1.1 Чем отличаются свободные колебания от вынужденных?

2.1 Как влияют на колебательные системы действия внешних тел?

Координата колеблющегося тела изменяется по закону: . Чему равна амплитуда, период и частота колебаний, если все величины выражены в единицах СИ? Найти координаты тела через 0,5 с; 2 с.

2.2 Можно ли считать движение груза на пружине равномерным? Равнозамедленным?

2.3 Каковы условия колебания математического маятника?

2.4 Почему в твердых телах могут распространятся поперечные и продольные волны, а в газах и жидкостях – лишь поперечные?

2.5 Волна переходит из одной среды в другую. Как меняется длина волны и частота?

3.1 Если маятниковые часы уходят вперед, то как надо изменить положение чечевица маятника?

3.2 Во сколько раз изменится период колебания математического маятника при перенесении его с Земли на Луну? Масса луны в 81 раз меньше массы Земли, а радиус Земли в 3,7 раза больше радиуса Луны.

3.3 В комнате обычного размера эхо не наблюдается, хотя в ней имеется шесть отражающих звук поверхностей. Чем это объясняется?

3.4 Камень был брошен в озеро. Как, наблюдая образовавшееся волны оценить дальность броска?

3.5 На чем основан принцип действия эхолота?

3.6 Объясните физическое явление, описанное в стихотворении Капилара «Легли облака на лесистые склоны…»:

А хочешь в саду мы повесим качели?

За пояс расшитый тебя потяну

И так раскачаю, что ты в вышину,

Как птица взлетишь…

Экспериментальная задача

Определить высоту стола, имея груз, нить произвольной длины, секундомер.

Домашнее задание

1. Приведите примеры положительного и отрицательного проявления механического резонанса в технике и в быту.

2. Подготовить доклад на тему «Звуковые явления вокруг нас».

Экспериментальная задача

Изготовьте математический маятник из подручных средств. Приведите его в движение, подсчитайте частоту колебаний. Измените длину маятника, так чтобы частота увеличилась вдвое. Поверьте правильность своего расчета на опыте. Сделайте вывод о том, как меняется частота математического маятника в зависимости от его длины.

МЕХАНИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Физические объекты – макроскопические тела

МОДЕЛИ ТЕЛ · Материальная точка · Абсолютно твердое тело · Упругое тело

МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ - Прямолинейное равномерное - Покой - Прямолинейное неравномерное - Взаимодействие, его законы - Криволинейное неравномерное

II МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Молекулярная физика – фундаментальная теория вещества. На основе двух методов – статистического и термодинамического – в принципе удается понять все известные свойства вещества, рассчитать нужные для науки и практики параметры газов, жидкостей и твердых тел.

Молекулярная физика изучает макроскопические системы вещества, но на основе их строения из частиц, т.е. системы из большого числа частиц. Основным оказывается тепловое движение, т.е. движение и взаимодействие частиц вещества. Важным для науки и практики оказывается универсальный и непрерывный характер теплового движения.

Структура и содержание молекулярной физики как теории

ОСНОВАНИЕ

· Понятие о макросистеме. Модель – система, состоящая из большого числа частиц. Модель газа – идеальный газ · Основные понятия: статистический метод, равновесное состояние, макроскопические и микроскопические параметры, моль · Типичные явления: броуновское движение, диффузия, изопроцессы · Основные физические величины: средняя квадратичная скорость, температура, давление, объем, концентрация, масса молекулы и др.

· Основные положения МКТ: все тела состоят из частиц; частицы хаотически движутся; частицы взаимодействуют · Система частиц из-за хаотического характера их движения самопроизвольно переходит в стационарное равновесное состояние · Система частиц в равновесном состоянии характеризуется постоянным во времени распределением скоростей. Для идеального газа р = n k T · Законы сохранения импульса и энергии · Связи между теориями: статические закономерности более фундаментальные чем динамические; статистический метод не применим к системе из небольшого числа частиц · Фундаментальные постоянные: Больцмана, Авогадро

ВЫВОДЫ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МКТ

ФАКТЫ

Существование в природе трех агрегатных состояний

- Дробление веществ

- Расширение при нагревании

- Испарение, смачивание

- Броуновское движение

1827 г., Р. Броун (англ.)

- Диффузия

МОДЕЛЬ

Основные положения МКТ

1. Тела состоят из частиц, разделенных промежутками

2. Частицы находятся в непрерывном движении

3. Частицы взаимодействуют друг с другом

- Электромагнитное взаимодействие

r=r₀ f_прит.= f_{отттал.} r<r₀ f_прит.< f_{отттал.} r>r₀ f_прит.> f_{отттал.}

СЛЕДСТВИЕ

Определение характеристик молекул

1 молекула

Система молекул

Размер (диаметр) - d

1. Объем вещества - V

2. Абсолютная масса – m₀ для воды m₀» 2,7·10^{-23 г}

2. Масса вещества - m

3. Относительная молекулярная масса - M_r

3. Молярная масса - M

4. Скорость - u

1920 г. О. Штерн

4. Количество молекул - N

5. Концентрация - n

6. Количество вещества - n

- Объяснение броуновского движения (А. Эйнштейн, 1905 г.)

- Объяснение диффузии

- Объяснение слипания свинцовых цилиндров

- Объяснение агрегатных состояний вещества

ПРИМЕНЕНИЕ

Нанотехнологии

- Склеивание, смачивание, пайка

- Цементация и азотирование.

Вопросы и задания по теме «ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МКТ»

1.1 Еще в IV веке до н.э. греческий ученый Демокрит высказал гипотезу: все состоит из атомов … Вещи отличаются друг от друга атомами, из которых состоят, их порядком и положением … Какие опытные факты говорят в пользу предположения?

1.2 Какая гипотеза лежит в основе молекулярно-кинетической теории? Доказана ли она?

1.3 Почему распространение запахов служит аргументом в пользу гипотезы о тепловом движении молекул? С одинаковой ли скоростью распространяются разные запахи? Как это доказать?
1.4 Какой из перечисленных опытов внес существенный вклад в наши знания о движении атомов и молекул?

1.5 Ученый Бриджмент с огромной силой сжимал в стальном цилиндре масло. Хотя в стенках цилиндра трещин не было, масло выступало на его внешних стенках. Как это объяснить?

2.1 Как экспериментально доказать, что частицы вещества притягиваются и отталкиваются?

2.2 Каковы на ваш взгляд характеристики любых физических объектов? (Это характерно и для молекул?)

2.3 Почему массу молекул выражают в относительных углеродных единицах?

2.4 Чем отличаются моли веществ водорода и кислорода?

2.5 Зависят ли от взаимодействия молекул свойства газа или жидкости?

2.6 Используя график распределения молекул по скоростям, определите, какую скорость может иметь частица системы? Какие скорости имеет большинство молекул в системе? Применима ли статистическая закономерность к одной частице?

2.7 Определить линейные размеры молекулы воды, считая, что ее форма – шар. (Молекулярная масса воды – 0, 018 кг/моль, плотность воды – 1000 кг/м³).

2.8 Зная плотность воды, её молекулярную массу и число Авогадро, оценить диаметр молекулы воды. Какой моделью жидкости вы воспользовались при расчете? Сравните полученный диаметр с табличным значением 0,3 нм, и сделайте вывод о справедливости примененной модели.

2.9 В чем причины невозможности использования законов механики для описания систем молекул?

2.10 Почему в молекулярной физике используют средние значения физических величин: среднюю скорость, среднюю кинетическую энергию?

2.11 Каков физический смысл пословиц: «Ложка дегтя в бочке меда», «На мешке с солью и веревка соленая», «Дружба, как стекло: разобьёшь – не сложишь»?

2.12 Объясните, каким образом молекулы кислорода из воздуха попадают в воду рек, озер и других водоемов.

2.13 Заполните таблицу по сравнительной характеристике жидких, твердых, газообразных тел с молекулярно-кинетической точки зрения.

	Газ	Жидкость	Твердое тело
Свойства вещества
Структура вещества
Характер движения молекул
Силы взаимодействия между молекулами

3.1 На каком физическом явлении основаны засол рыбы, овощей и варка варенья?

3.2 Для придания стальным изделиям поверхностной прочности или предохранения их от коррозии поверхностный слой стали насыщают углеродом (цементация), азотом (азотирование), алюминием (алитирование). Процесс насыщения идет при высоких температурах. На каком физическом явлении основаны эти технологические процессы?

Экспериментальная задача

Возьмите две одинаковые пробирки. В одну налейте чуть меньше ее половины ацетона (или спирта), а во вторую столько же воды. Измерьте линейкой высоту ацетона и воды, а затем перелейте их в одну пробирку и перемешайте. Как изменился общий объем смеси жидкости и почему?

Домашнее задание

Оцените число молекул кислорода в одной из ваших комнат.

1. Число молекул может быть определено из основного уравнения МКТ

2. Какие величины нужно измерить?

3. Какими приборами необходимо воспользоваться?

4. Парциальное давление кислорода можно найти из таблицы.

5. Сделайте вывод.

6. Предложите другой метод определения числа частиц.

Экспериментальная задача

Положите на дно стакана крупинку марганцовки (калия перманганат) и сверху налейте холодную воду. Не перемешивая воду, определите, через какое время молекулы марганцовки попадут в верхний слой воды. Измерив высоту уровня воды, вычислите скорость протекания диффузии.

МКТ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

ФАКТЫ

Газ, состоящий из молекул

- Свойства газов: не имеют формы, занимают весь предоставленный объем, хорошо сжимаются.

- P,V, T – характеристики, описывающие состояние газа.

Абсолютная температура – [T] =1 К (кельвин)

МОДЕЛЬ

1. Модель газа - идеальный газ:

· молекулы – материальные точки;

· молекулы хаотически движутся, упруго отталкиваясь при столкновении;

· взаимодействия молекул газа происходят только при их соударении и являются упругими.

2. - основное уравнение МКТ

СЛЕДСТВИЕ

Уравнение Менделеева - Клайперона (1874 г.)

R= 8,31 Дж/кг×моль – универсальная газовая постоянная

2. Температурные шкалы (Цельсия, Фаренгейта и др.)

3. Газовые законы

Изопроцесс – процесс, при котором один из параметров данной массы газы остается постоянным.

Изотермический процесс

1661 г.- Бойль,1676 г. - Мариотт

T, m, M - const

Изотерма

Изобарный процесс

1802 г. Гей-Люссак, 1801 г.-

Дальтон

р, m, M - const

Изобара

Изохорный процесс

1787 г.- Шарль

V, m, M - const

Изохора

ПРИМЕНЕНИЕ

Использование свойств газов технике (газ-амортизатор,

работа сжатого газа)

- Объяснение предсказания реальных газов.

Вопросы и задания «МКТ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА»

1.1 Какие из физических параметров газа обязательно одинаковы при тепловом равновесии? (Температура, давление, концентрация, средняя квадратичная скорость молекул, плотность).

1.2 Какие из перечисленных выше величин используются при статическом описании идеального газа?

1.3 Можно ли измерять температуру газа, состоящего из 10 частиц?

2.1 Взаимодействуют ли материальные точки в модели идеального газа?

2.2 Докажите, что у реальных газов внутренняя энергия зависит еще от объема.

2.3 Как модель «идеальный» газ объясняет существование абсолютного нуля?

3.1 Можно ли назвать уравнение Менделеева - Клапейрона законом?

3.2 Есть ли границы применимости у уравнения Менделеева – Клапейрона?

3.3 Как изменялись термодинамические параметры идеального газа при переходе из состояния 1 в 2?

а) p – умен. Т – увел. V = cost

б) p – умен. Т – увел. V -увел.

в) p – умен. Т – увел. V -умен.

3.4 Газ, занимающий объем V₁ и имеющий давление р₁ расширился до объема V₂один раз изобарно, другой – изотермически. В каком случае работа расширения газа больше? Докажите ответ графически.

3.5 Каковы границы применимости газовых законов?

3.6 К каким процессам (изотермическим, изобарным или изохорным) следует отнести следующие: 1) воздух в открытом сосуде нагревают на спиртовке; 2) воздух в открытом сосуде нагревают на спиртовке; 3) воздух в сосуде медленно сжимают поршнем?

3.7 Как определить минимальную температуру, используя закон Шарля?

3.8 Известно, что почва «дышит»: ночью происходит «вдох», а днем – «выдох». Объясните, что это за явление. Почему и как оно происходит?

3.9 При какой температуре показания термометров по шкалам Фаренгейта и Цельсия одинаковы?

3.10 Как можно было бы назвать роман Р. Брэдбери «451⁰ по Фаренгейту», если температуру выразить по шкале

Цельсия? шкале Кельвина?

Домашнее задание. На диаграмме p - T изображен график процессов, проведенных

с газом. Изобразите данные процессы в системах p - V,

V - T.

ПАР

ФАКТЫ

Явления парообразования и конденсации

- Водяной пар в воздухе

МОДЕЛЬ

Идеальный газ

2. – уравнение Менделеева-Клапейрона

3. Реальный газ

4. Влажность воздуха

СЛЕДСТВИЕ

Насыщенный пар

Свойства насыщенного пара

Зависимость р₀ (Т) – не линейная р₀ (Т) – нет зависимости

- Кипение – парообразование, происходящее во всем объеме жидкости при определенной температуре

- Критическое состояния

Тк – критическая температура

Относительная влажность – показывает насколько далек водяной пар от насыщения

Измерение влажности: ü гигрометр ü психрометр

- t_p^o – точка росы

ПРИМЕНЕНИЕ

Предсказание погоды

- Использование сжиженных газов

- Хранение продуктов

- Деревообрабатывающая и текстильная промышленность

Вопросы и задания по теме «ПАР»

1.1 Когда из баллона выпускают газ, то на вентиле образуется роса или даже иней. В чем причина?

В народе говорят: «Соль мокнет – к дождю», «Лучина трещит и мечет искры – к ненастью», «Горшки легко позакипают через край – к ненастью». Объясните описанное явление. Приведите примеры народных примет, которые сулят нам ясную погоду.

2.1 В чем принципиальное отличие реального и идеального газов как моделей пара?

3.1 Можно ли пользоваться психрометром на «сквозняке» или на улице на ветру?

3.2 Днем или ночью летом относительная влажность воздуха больше при одной и той же абсолютной влажности?

3.3 Оба термометра в психрометре показывают одинаковую температуру. При каком условии это возможно?

3.4 Как молекулярная физика объясняет понижение температуры жидкости при испарении?

3.5 Постройте определение ненасыщенного пара.

3.6 Нарисуйте логическую схему, при помощи которой можно описать процесс кипения.

3.7 Объясните явление, описанное в романе Ж. Верна «Дети капитана Гранта»: «Путешественники на перевале в Андах развели костер. «…Вода здесь закипит не при ста градусах, а раньше», - сказал майор. Он оказался прав: термометр, опущенный в закипевшую воду, показал всего лишь восемьдесят семь градусов». На какой высоте находились путешественники, если понижение температуры кипения равно приблизительно 1⁰С на 324 м подъема?

Экспериментальная задача

С помощью психрометра и рулетки определить массу водяных паров в классе.

Домашнее задание

1. Экспериментальная задача

Измерьте температуру воздуха в комнате. Результат запишите в тетрадь. Смочите водой кусочек ваты и оберните им резервуар термометра. Подержите некоторое время влажный термометр в воздухе. Как только понижение температуры прекратиться запишите его показания. Пользуясь психрометрической таблицей, определите относительную влажность воздуха. Сделайте вывод, соответствует ли относительная влажность норме. Предложите пути повышения и понижения влажности воздуха.

2. Изучить явление испарения жидкости в домашних условиях. Указать случаи положительных и отрицательных последствий испарения.

ЖИДКОСТЬ

ФАКТЫ

Существование жидкостей

- Свойства жидкости – сохраняет объем, принимает форму сосуда

- Текучесть, плохая сжимаемость

МОДЕЛЬ

Модель жидкости:

1. Молекулы располагаются вплотную друг к другу (l» r₀)

2. В расположении молекул – ближний порядок;

3. Молекулы колеблются около положения равновесия, время от времени «перескакивая» на новое место;

4. Молекулы взаимодействуют на расстоянии (E_k»E_p)