Учебники

Опыты

Какие опыты подтверждают, что вещества состоят из мельчайших частиц? Сейчас мы и их и рассмотрим.

Опыт с нагреванием и охлаждением твердого тела

Если мы приложим к определенному телу некоторое усилие, мы можем уменьшить объем этого тела. Например, теннисного мячика, воздушного шарика, кусочка воска. Но объем тела также изменяется при его нагревании или охлаждении. 

Давайте проверим это утверждение на простом опыте. Возьмем медный шарик, который в обычном состоянии спокойно проходит через кольцо (рисунок 2, а), закрепленное на штативе.

А теперь нагреем шарик. Мы увидим, что через кольцо он уже не проходит (рисунок 2, б). Шарик увеличился в размерах при нагревании.

Рисунок 2. Опыт с нагреванием твердого тела

Когда же он остынет, то снова начнет проходить через кольцо. Получается, что при нагревании твердое тело увеличивается в объеме, а при охлаждении — уменьшается.

{"questions":,"answer":}}}]}

Опыт с нагреванием жидкости

Теперь давайте проведем похожий опыт с жидкостью. Посмотрим, как она будет вести себя при нагревании.

Наполним колбу водой. Плотно закроем ее пробкой, через которую будет проходить стеклянная трубка. Отметим уровень жидкости в трубке (рисунок 3, а). Начнем нагревать нашу жидкость, и увидим, что уровень воды в трубке начнет подниматься (рисунок 3, б).

Рисунок 3. Опыт с нагреванием жидкости в колбе

Как меняется объем тела при изменении расстояния между частицами?Так как все вещества состоят из отдельных частиц, можно предположить, что объем тела увеличивается, когда увеличивается расстояние между этими частичками. И наоборот, когда расстояние между частицами уменьшается, объем тела становится меньше.

После этих опытов мы можем сделать вывод.

{"questions":,"answer":}}}]}

Опыт с окрашиванием воды

Так почему же мы не видим этих частиц, из которых состоят вещества? Современная наука доказала, что размер частиц невероятно мал, и мы просто не можем увидеть их невооруженным взглядом.

Но мы можем доказать факт существования этих частиц на следующем простейшем опыте (рисунок 4). Возьмем колбу с водой и растворим в ней каплю фиолетовой краски. Что произойдет? Вода окрасится в фиолетовый цвет (колба №1). 

Рисунок 4. Опыт с окрашиванием воды в разных колбах

Далее отольем немного воды из колбы №1 в пустую колбу №2 и дольем в нее чистую воду. Теперь вода в колбе №2 будет окрашена не так интенсивно, как в колбе №1.

Ту же самую операцию проделаем с колбой №3, но окрашенную воду будем доливать из колбы №2. Таким образом, мы получим в колбе №3 самый бледный оттенок окрашенной воды.

Как же этот опыт подтверждает гипотезу о том, что все вещества состоят из частиц? Поскольку в колбу №1 попала всего лишь 1 капля зелёной краски, а окрасилась вода и в остальных колбах.

Можно предположить, что эта капля в свою очередь состояла из огромного множества мелких частиц, которые и оказались во всех трех колбах.

Именно этот опыт показывает, что частицы вещества очень малы.

{"questions":,"answer":}}}]}

Объяснение

Плотность можно выразить следующей формулой:

Таким образом, если уменьшить массу тела, то при неизменном объеме его плотность уменьшится. Это объясняется тем, что плотность зависит от количества вещества (массы), содержащегося в определенном объеме.

Например, возьмем два кубика одинакового объема – один из свинца, а другой из пенопласта. Свинцовый кубик будет иметь большую массу, поэтому его плотность будет выше. А кубик из пенопласта, в свою очередь, будет иметь меньшую массу и меньшую плотность. Это связано с тем, что пенопласт состоит из большого количества пустот и воздушных пузырьков, что делает его легким и имеющим низкую плотность.

Таким образом, физический закон «Чем меньше масса тела, тем меньше плотность» объясняет связь между массой, объемом и плотностью тела.

Ответы

1. Различием плотностей воды, нагретой до разных температур.
2. Объем, занятый дробью, не зависит от ее радиуса, поэтому ящики имеют одну и ту же массу.
3. Пресная вода, которой заполнен шлюз, имеет меньшую, чем соленая вода в океане, плотность. Шлюзовые ворота открываются, когда выравниваются давления по обе стороны, но при этом уровень пресной воды оказывается выше уровня соленой, и вытекающая из канала в океан вода увлекает корабль.
4. 3/4 плотности воды.
5. Не изменится.
6. В центре большого озера лед обязательно плавает. Поскольку отношение плотностей льда и воды равно 0,9, то 0,9 всей толщины льда находится в воде. Тогда расстояние от поверхности льда до воды, а значит, и длина веревки равны 1 метру.
7. Если брошенный в расплав твердый кусочек будет плавать на поверхности, плотность при затвердевании уменьшится, если потонет — увеличится.
8. Ареометр с узкой трубкой.
9. Показания весов увеличатся, если средняя плотность тела меньше плотности разновесок, уменьшатся — если больше, не изменятся — если плотности равны.
10. Если вода и тело при нагревании расширяются в равной степени, показания весов не изменятся. Если тело расширяется в меньшей степени, чем вода, показания весов увеличатся, если в большей степени — уменьшатся.
11. Если тело сжимается под давлением меньше, чем жидкость (газ), то при некотором давлении его плотность станет меньше плотности жидкости и тело всплывет.
12. Объем уменьшится.
13. Если начальная температура воды ниже 4 °С, воду следует охлаждать, если выше — нагревать.
14. Вначале подливали более холодную воду, затем — более горячую, чем в сосуде.
15. См. рис., где I — изотерма, II — изобара, III — изохора.
16. Сосуд с сухим воздухом тяжелее.
17. Подъемная сила пропорциональна разности плотностей воздуха и газа, заполняющего аэростат. Так как плотность обратно пропорциональна температуре, подъемная сила тем больше, чем ниже температура воздуха.
18. На выступах пылинок заряды распределяются с большей поверхностной плотностью, откуда быстро «стекают».
19. В этом месте наибольшая плотность тока.

Микроопыт

Для этого надо Вашу массу, измеренную на весах, разделить на Ваш объем, измеренный по вытесненной воде, например в ванне. Сравните полученную плотность с плотностью воды.

Материал подготовил А.Леонович

Плотности некоторых жидкостей (при норм. атм. давл. t =20 ° C).

Жидкость

ρ , кг/м 3

ρ , г/см 3

Жидкость

ρ , кг/м 3

ρ , г/см 3

Вода чистая

Молоко цельное

Масло подсолнечное

Жидкое олово (при t = 400 ° C )

Масло машинное

Жидкий воздух (при t = -194 ° C )

Плотность
— физическая величина, характеризующая физические свойства вещества, которая равна отношению массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) можно расчитать по формуле:

= кг/м³; = кг; = м³.

где m

— масса тела, V

— его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность».

Все вещества состоят из молекул, следовательно масса всякого тела складывается из масс его молекул. Это подобно тому, как масса пакета с конфетами складывается из масс всех конфет в пакете. Если все конфеты одинаковы, то массу пакета с конфетами можно было бы определить, умножив массу одной конфеты на число конфет в пакете.

Молекулы чистого вещества одинаковы. Поэтому масса капли воды равна произведению массы одной молекулы воды на число молекул в капле.

Плотность вещества показывает, чему равна масса 1 м³ этого вещества.

Плотность воды равна 1000 кг/м³, значит, масса 1 м³ воды равна 1000 кг. Это число можно получить, умножив массу одной молекулы воды на число молекул, содержащихся в 1 м³ его объёма.
Плотность льда равна 900 кг/м³, это означает, что масса 1 м³ льда равна 900 кг.Иногда используют единицу измерения плотности г/см³, поэтому ещё можно сказать, что
масса 1см³ льда
равна 0,9
г.

Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны
, а их массы различны. В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.

Также при равенстве масс двух тел
их объёмы будут различны. Например, объём льда почти в 9 раз больше объёма железного бруса.

Плотность вещества зависит от его температуры.

При повышении температуры обычно плотность уменьшается. Это связано с термическим расширением, когда при неизменной массе увеличивается объём.

При уменьшении температуры плотность увеличивается. Хотя существуют вещества, плотность которых в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе. Например, вода, бронза, чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Решение задач

Задача №1.
Прямоугольная металлическая пластинка длиной 5 см, шириной 3 см и толщиной 5 мм имеет массу 85 г. Из какого материала она может быть иготовлена?

Анализ физической проблемы.
Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо определить плотность вещества, из которого изготовлена пластинка. Затем, воспользовавшись таблицей плотностей, определить – какому веществу соответствует найденое значение плотности. Эту задачу можно решить в данных единицах (т.е. без перевода в СИ).

Задача №2.
Медный шар объёмом 200 см 3 имеет массу 1,6 кг. Определите, цельный этот шар или пустой. Если шар пустой, то определите объём полости.

Анализ физической проблемы.
Если объём меди меньше объёма шара V мед

Задача №3.
Канистра, которая вмещает 20 кг воды, наполнили бензином. Определите массу бензина в канистре.

Анализ физической проблемы.
Для определения массы бензина в канистре нам необходимо найти плотность бензина и ёмкость канистры, которая равна объёму воды. Объём воды определим по её массе и плотности. Плотность воды и бензина найдём в таблице. Задачу лучше решать в единицах СИ.

Задача №4.
Из 800 см 3 олова и 100 см 3 свинца изготовили сплав. Какова его плотность? Каково отношение масс олова и свинца в сплаве?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плотность
— это скалярная физическая величина, которая определяется как отношение массы тела к занимаемому им объему.

Данную величину обычно обозначают греческой буквой r или латинскими D и d
. Единицей измерения плотности в системе СИ принято считать кг/м 3 , а в СГС — г/см 3 .

Плотность можно вычислить по формуле:

Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму.

Например, при нормальных условиях масса диокисда углерода в объеме 1 л равна 1,98 г, а масса водорода в том же объеме и при тех же условиях — 0,09 г, откуда плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98 / 0,09 = 22.

Молекулы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Молекула
– некоторая совокупность атомов, обладающая рядом характерных отличительных свойств.

Однако свойства, которые характерны для одной молекулы, могут
быть характерными и для целой группы молекул.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Характерные свойства молекул
– свойства, позволяющие ее идентифицировать (качественный и количественный состав, пространственное расположение атомов, энергия взаимодействие атомов, реакционная способность и др.).

Рассмотрим следующие примеры: молекулы, имеющие разный качественный состав

H 2 (водород), N 2 (азот), O 2 (кислород), F 2 (фтор), S n (сера), C (алмаз)

молекулы, имеющие одинаковый качественный, но различный количественный состав

N 2 O (оксид азота (I)), NO (оксид азота (II)), N 2 O 3 (оксид азота (III)),

NO 2 (оксид азота (IV)), N 2 O 4 (оксид азота (IV)), N 2 O 5 (оксид азота (V))

молекулы, обладающие разным качественным и количественным составом

HNO 3 (азотная кислота), CH 3 OH (метиловый спирт), SiO 2 (оксид кремния).

Структура молекулы складывается из молекулярной и электронной структур. Молекулярная структура включает типы и порядок расположения атомов молекулы в
пространстве, длины связей, углы между ними, т.е. координаты всех атомов, входящих в состав молекулы. Реакционная способность – свойство молекулы вступать
в химическое взаимодействие с другими молекулами. Она зависит от прочности химических связей внутри молекулы, а также её пространственного строения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Электронная структура
– это информация о состоянии и характере движения электронов в молекуле (состав и вид волновых функций, описывающих движение электронов, энергия электронов, распределение электронной плотности в пределах молекулы, энергии взаимодействия отдельных атомов в молекуле и т.д.).

Молекулярная и электронная структуры связаны между собой. Информацию о молекулярной структуре получают из экспериментальных данных, а об электронной – с
применением различных теорий электронного строения.

Число атомов в молекуле не ограничено, так, например молекулы газообразных веществ могут иметь в своем составе один атом (Ar), два (O 2) или
более (S 8 , (C 738 H 1165 O 208 N 203 S 2 Fe) n — гемоглобин). Молекулы, содержащие
повторяющиеся группы атомов общей численностью не более 100 называют олигомерами, более крупные – полимерами.

Молекула конкретного состояния не обязательно должна существовать при нормальных условиях. Так, молекулы щелочных металлов при н.у. полимерны, а при
высокой температуре, в газовой фазе – двухатомны.

Объединение атомов в молекулы происходит за счет образования химических связей. Химическая связь образуется, если электроны взаимодействующих атомов
получают возможность двигаться одновременно вблизи положительных зарядов нескольких ядер. Для объяснения свойств химических связей используют разнообразные
подходы, из которых наибольшую значимость имеют метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (ММО).

Разница между удельным весом и плотностью

УВ – что это такое?

Удельный вес – это есть отношение веса материи к его объему. В международной системе измерений СИ его измеряют как ньютон на кубический метр. Для решения определенных задач в физике УВ определяют следующим образом – насколько обследуемое вещество тяжелее, чем вода при температуре 4 градусов при условии того, что вещество и вода имеют равные объемы. 

По большей части такое определение применяют в геологических и биологических исследованиях. Иногда, УВ, рассчитываемый по такой методике, называют относительной плотностью.

В чем отличия

Как уже отмечалось, эти два термина часто путают, но так как, вес напрямую зависим от расстояния между объектом и гравитационным источником, а масса не зависит от этого, поэтому термины УВ и плотность различаются между собой

Но необходимо принять во внимание то, что при некоторых условиях масса и вес могут совпадать. Измерить УВ в домашних условиях практически невозможно

Но даже на уровне школьной лаборатории такую операцию достаточно легко выполнить. Главное что бы лаборатория была оснащена весами с глубокими чашами. Предмет необходимо взвесить при нормальных условиях. Полученное значение можно будет обозначить как Х1, после этого чашу с грузом помещают в воду. При этом в соответствии с законом Архимеда груз потеряет часть своего веса. При этом коромысло весов будет перекашиваться. Для достижения равновесия на другую чашу необходимо добавить груз. Его величину можно обозначить как Х2. В результате этих манипуляций будет получен УВ, который будет выражен как соотношение Х1 и Х2. Кроме вещества в твердом состоянии удельных можно измерить и для жидкостей, газов. При этом замеры можно выполнять в разных условиях, например, при повышенной температуре окружающей среды или пониженной температуры. Для получения искомых данных применяют такие приборы как пикнометр или ареометр.

Слайд 9Это явление открыто Р. Броуном в 1827 г., когда он проводил исследования пыльцы

растений. Шотландский ботаник Роберт Броун (Brown) ещё при жизни как лучший знаток растений получил титул «князя ботаников». Он сделал много замечательных открытий. 

Неожиданно Броун увидел, что мельчайшие твёрдые крупинки, которые едва можно было разглядеть в капле воды, непрерывно дрожат и передвигаются с места на место. Он установил, что эти движения, по его словам, «не связаны ни с потоками в жидкости, ни с её постепенным испарением, а присущи самим частичкам». Наблюдение Броуна подтвердили другие учёные. Мельчайшие частички вели себя, как живые, причем «танец» частиц ускорялся с повышением температуры и с уменьшением размера частиц и явно замедлялся при замене воды более вязкой средой. Это удивительное явление никогда не прекращалось: его можно было наблюдать сколь угодно долго.

Clarkia pulchella

Интересуясь, как пыльца участвует в процессе оплодотворения, он разглядывал под микроскопом выделенные из клеток пыльцы североамериканского растения Clarkia pulchella (кларкии хорошенькой) взвешенные в воде удлинённые цитоплазматические зерна.

Слайд 13Существование жидкостей и твёрдых тел, газовАгрегатное состояние — состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными

свойствами, например, способностью сохранять объём и форму, переходы между которыми сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии, плотности и других основных физических свойств.Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состоянием причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, например, жидкие кристаллы.Твёрдое тело — состояние, характеризующееся способностью сохранять объём и форму. Атомы твёрдого тела совершают лишь небольшие колебания вокруг состояния равновесия. Жидкость — состояние вещества, при котором оно обладает малой сжимаемостью, то есть хорошо сохраняет объём, однако неспособно сохранять форму. Атомы или молекулы жидкости совершают колебания вблизи состояния равновесия, запертые другими атомами, и часто перескакивают на другие свободные места.Газ – состояние, характеризующееся хорошей сжимаемостью, отсутствием способности сохранять как объём, так и форму.

Удельный вес других материалов

Наш мир сложно представить без множества материалов, используемых в производстве и быту. Например, без железа и его соединений (стальных сплавов). УВ этих материалов колеблется в диапазоне одной – двух единиц и это не самые высокие результаты. Алюминий, к примеру, обладает низкой плотностью и малым удельным весом. Эти показатели позволили его использовать в авиационной и космической отраслях.

Удельный вес металлов

Медь и ее сплавы, обладают удельным весом сопоставимый со свинцом. А вот ее соединения – латунь, бронза легче других материалов, за счет того, в них использованы вещества с меньшим удельным весом.

Что такое атом?

Это то, из чего состоим мы все и окружающие нас предметы. Это элементарная частица, химические свойства которой идентичны свойствам вещества, которое состоит из них.

Структура атома лития.

Основа атома – маленькое ядро, вокруг него вращаются еще более мелкие электроны. Электроны имеют свой электрический заряд, благодаря этому между атомами существует связь, в результате которой образуются молекулы разной конструкции. А ядро в свою очередь состоит из тесно связанных протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный. При этом численно заряд протона всегда равен заряду электрона, противоположный только знак заряда. Именно благодаря этому между ними возникает и сохраняется связь.

Сам по себе атом находится в беспрерывном колебательном движении. Атомы могут взаимодействовать друг с другом, утрачивать, приобретать электроны или же одновременно владеть одним и более электронами.

Обоснование тез молекулярно-кинетической теории

Первым подтверждением положений теории является броуновское движение, что было открыто в 1827 году известным ботаником Р. Броуном. Причина такого явления — хаотический ход молекул в разных направлениях, который происходит вследствие ударов их между собой.

Вторым подтверждением этой теории будут бессчётные опыты с процессом диффузии, то есть способности одного вещества проникать во второе. Ярким примером такого опыта из повседневной жизни являются духи или любое ароматное вещество. Если в помещении поместить такое вещество, через некоторый период аромат рассеется по всей его площади.

Но почему мы видим предметы сплошными

Все заключается в том, что части, которые составляют тело, слишком крошечны и располагаются на маленьком расстоянии по отношению друг к другу. Чтобы понять истинные размеры, можно провести следующий опыт. Крошечную каплю краски необходимо растворить в воде, которая помещена в емкость. После этого отливаем подкрашенную жидкость в другой сосуд и добавляем туда чистую воду. Во второй таре все будет окрашено не столь интенсивно, как в первом. Из второго отливаем небольшое количество в следующий и снова добавляем чистую жидкость. Таким образом поступаем несколько раз, убеждаясь, что раствор постепенно теряет свой цвет.

Рассмотрим крайнюю емкость. Содержание в нем крайне слабо, но при этом жидкость прокрашивается равномерно, Это говорит о том, что во всех каплях есть небольшая часть красящего состава. Но в воде была растворена маленькая крупинка краски, и только ее незначительное количество попало в последний сосуд. Следовательно, даже в небольшой крупинке находилось невероятное количество частиц, чей размер крайне невелик.

Эти, а также иные проявления и испытания помогут понять гипотезу, касающуюся того, что каждая материя состоит из крупинок. Разбираясь в подобном вопросе, вы станете понимать, по какой причине явления ведут себя именно таким образом.

Слайд 14Газ стремится занять весь объём, ему предоставленный. Атомы или молекулы газа

ведут себя относительно свободно, расстояния между ними гораздо больше их размеров.Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Так, существуют аморфные тела, сохраняющие структуру жидкости и обладающие небольшой текучестью и способностью сохранять форму; жидкие кристаллы текучи, но при этом обладают некоторыми свойствами твёрдых тел, в частности, могут поляризовать проходящее через них электромагнитное излучение.Изменения агрегатного состояния — термодинамические процессы, называемые фазовыми переходами. Выделяют следующие их разновидности: из твёрдого в жидкое – плавление; из жидкого в газообразное – испарение и кипение; из твёрдого в газообразное – сублимация; из газообразного в жидкое или твёрдое – конденсация.Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию. Плазму выделяют в особое агрегатное состояние вещества в связи с тем, что заряженные частицы плазмы, в отличие от нейтральных молекул обычного газа, взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях. Этим объясняется ряд своеобразных свойств плазмы.

Как рассчитать удельный вес металлов

Как определить УВ — этот вопрос часто встает у специалистов занятых в тяжелой промышленности. Эта процедура необходима для того, что бы определить именно те материалы, которые будет отличаться друг от друга улучшенными характеристиками. Одна из ключевых особенностей металлических сплавов заключается в том, какой металл является основой сплава. То есть железо, магний или латунь, имеющие один объем будут иметь разную массу. Плотность материала, которая рассчитывается на основании заданной формулы имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. Как уже отмечено, УВ – это соотношение веса тела к его объему, надо помнить, что эта величина может быть определена как силу тяжести и объема определенного вещества.

Для металлов УВ и плотность определяют в той же пропорции. Допустимо использовать еще одну формулу, которая позволяет рассчитать УВ. Она выглядит следующим так УВ (плотность) равна отношению веса и массы с учетом g, постоянной величины. Можно сказать, что УВ металла может, носит название веса единицы объема. Дабы определить УВ необходимо массу сухого материала поделить на его объем. По факту, эта формула может быть использована для получения веса металла.

УВ металлов измеряют в условиях квалифицированных лабораторий. В практическом виде этот термин редко применяют. Значительно чаще, применяют понятие легкие и тяжелые металлы, к легким относят металлы с малым удельным весом, соответственно к тяжелым относят металлы с большим удельным весом.