Geum.ru

Тема: Молекулярно-кинетическая теория

Вид материалаУрок

Содержание


Выслушай то, что скажу, и ты сам, несомненно, признаешь
Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают…
Как и не видно того, как она исчезает от зноя.
Атомизм – гипотеза.
Атомизм – обоснованная идея.
Атомизм – обоснованная теория.
Построение структуры МКТ и соотнесение ранее изученного материала со структурой физической теории.
Подобный материал:
Тема: Молекулярно-кинетическая теория.


Цели урока:
  • образовательная: систематизировать знания учащихся по МКТ на основе структуры физической теории; повторить основные понятия и закономерности МКТ; на примере становления идеи атомизма проследить общий путь научного познания: опыт – модель – следствия - эксперимент.
  • развивающая: продолжить развитие способности к обобщению и осмыслению изученного материала.
  • воспитательная: продолжить формирование научного мировоззрения учащихся.

Тип урока: Урок обобщения и систематизации знаний.

Вид урока: Групповая работа учащихся.


План урока.


Этап
Содержание этапа
Время

1. Организа­ционный
Сообщение темы и цели урока.
2 мин.

2. Подготовка к обобщающей деятельности
Структура физической теории. Становление МКТ в соответствии с процессом научного познания: опыт – модель – следствия – эксперимент.
10 мин.

3. Системати-зация силами учащихся.
Систематизация изученного материала по МКТ на основе структуры физической теории: выделение основания, ядра, следствий, интерпретаций МКТ.
10 мин.

4. Системати-зация и обоб­ще­ние материала.
Составление обобщающей таблицы по МКТ с выделением структуры физической теории.
10 мин.

5. Подведение итогов систематизирующей деятельности
Обсуждение составленной таблицы; повторение основных понятий, законов, применений, границ применимости МКТ; запись в тетрадь.
13 мин.



Ход урока.


Ученый должен наводить порядок.

Наука возводится при помощи фактов,

как дом при помощи кирпичей,

однако набор фактов является наукой

в той же мере,

как груда кирпичей являет собой дом.

А. Пуанкаре.


С
труктура физической теории


История становления МКТ.

По классификации Гейзенберга фундаментальных физических теорий четыре: механика, МКТ, электродинамика, атомная физика.

МКТ, как и другие физические теории, прошла долгий путь становления от гениальной догадки до обоснования научной теории.

Впервые идея дискретности вещества (идея атомизма) была высказана в 5 в. до н.э.


Атомизм – гениальная догадка.


5 в. до н.э.
Демокрит
«Начало Вселенной – атомы и пустота, все остальное – мнение».

4 в. до н.э.
Эпикур
«Свойства атома – вес, движение».

4 в. до н.э.
Аристотель
«Атомов нет, потому что мы их не видим».


Взгляды Демокрита и других античных философов дошли до нас благодаря поэту Лукрецию Кару. Более 2000 лет назад он писал:


… Выслушай то, что скажу, и ты сам, несомненно, признаешь,

Что существуют тела, которых мы видеть не можем…

…Стало быть, ветры-тела, но только незримые нами.

…Далее, запахи мы обоняем различного рода,

Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают…

…И наконец, на морском берегу, развивающем волны,

Платье сыреет всегда, а на солнце, вися, оно сохнет,

Видеть, однако, нельзя, как влага на нем оседает,

Как и не видно того, как она исчезает от зноя.

Значит, дробится вода на такие мельчайшие части,

Что недоступны они совершенно для нашего глаза.


В те времена выбрать между точками зрения Демокрита и Аристотеля обоснованно было нельзя. Обоснованный выбор можно сделать только на основе опыта. Демокрит и Аристотель основывались только на умозаключениях. Точка зрения Аристотеля была принята церковью, что определило ее господство на многие века. Учение Демокрита для объяснения природы искало естественные причины, а не промысел Божий.

Девиз средневековья: «Всякое стремление к познанию есть грех, если оно не направлено к познанию Бога».

Фома Аквинский.


Работы Бернулли и Ломоносова остались незамеченными (на них обратили внимание лишь через 100 лет).

Атомизм – гипотеза.



17 век.
Пьер Гассенди
Возрождает идею атомизма.

И. Ньютон,

Г. Галилей
Принимают идею атомизма как само собой разумеющееся; Галилей определяет вес воздуха.

Р.Бойль и Э.Мариотт

(1662г).
Экспериментально устанавливают первый закон – газовый.

18 век

(век флюидов и теплорода).
Д. Бернулли
Закладывает основы теории газов: давление – результат ударов молекул о стенки сосудов.

М. Ломоносов.
Считает, что теплота – движение корпускул, создает зачатки модели идеального газа, объясняет явления теплопроводности, выдвигает идею о недостижимости самой низкой температуры.



Атомизм – обоснованная идея. XIX век.


Химия
Джон Дальтон

(Англия).
Соединяет атомистическую идею с экспериментальными данными; вводит понятие – «атомный вес», определяет атомный вес некоторых веществ.

Амедео Авогадро (Италия).
Выводит закон Авогадро.

Д.И. Менделеев. (1869 г).
Открывает периодический закон.

Физика.
Ж. Гей-Люссак.

(1802г), Ж. Шарль.
Экспериментально устанавливают газовые законы.

Б. Клапейрон (40-е гг).
Вводит закон состояния идеального газа.

Р. Броун (1827г).
Наблюдает движение броуновских частиц.

Уотерсон

(1845 г).
Закладывает основы МКТ (не замечена): молекулы подобны бильярдным шарам; энергия пропорциональна температуре.

Д. Джоуль.
Выдвигает идею о хаотичности распределения молекул по направлениям движения.

Р. Клаузиус.
Выводит основное уравнение МКТ, вводит понятия: среднее число столкновений, длина свободного побега; вычисляет среднюю скорость молекул.

Дж. Рэлей.
Ставит опыт по определению размеров атомов и молекул.

Дж. Максвелл.
Предлагает теорию распределения молекул по скоростям, теорию теплоемкости, математическое описание диффузии, теплопроводности…

Л. Больцман.
Вводит вероятностный подход, выступает против энергетизма.


Атомизм – обоснованная теория. XX век.


1905г.
А. Эйнштейн и Н. Смолуховский.
Выводят (независимо друг от друга) соотношение, позволяющее экспериментально определить число Авогадро из наблюдений за броуновской частицей.

1908г.
Ж. Перрен.
Проверяет экспериментально выводы Эйнштейна; экспериментально изучает распределение частиц в поле земного тяготения.

1920г.
О. Штерн.
Экспериментально определяет скорости молекул.


Выводы. Таким образом, идея атомизма (дискретности материи) прошла все этапы формирования теорий:



Опытные факты.
Модели, гипотезы.
Разработка теорий.
Следствия.
Экспериментальная проверка следствий.


Построение структуры МКТ и соотнесение ранее изученного материала со структурой физической теории.


Учащиеся работают в группах, получив задание выделить структурные элементы теории из изученного материала. В результате получается таблица, содержание которой обсуждается в ходе фронтальной беседы.


1-ая группа: Основание теории.


Опытное обоснование.
  • Делимость вещества, парообразование, сублимация, растворимость доказывают, что тело состоит из частиц.
  • Сжимаемость веществ, диффузия свидетельствует, что между частицами вещества есть промежутки.
  • Диффузия и броуновское движение доказывают, что частицы движутся.
  • Зависимость скорости испарений и диффузии от температуры говорит о том, что скорость движения частиц зависит от температуры.

Модели.
  • Модель идеального газа, кристаллическая решетка твердых тел, модель строения жидкости.

Величины и понятия.
  • Макропараметры: давление, объем, температура.
  • Микропараметры: средний квадрат скорости, концентрация, масса одной молекулы.
  • Равновесное состояние, теплоемкость, абсолютный нуль, число столкновений, длина свободного пробега, эффективный диаметр молекулы, среднеквадратичная скорость.



2-ая группа: Ядро теории.


Законы.
  • Основное уравнение МКТ: .
  • Связь между температурной и средней кинетической энергией поступательного движения молекул: .

Принципы, положения, постулаты.
Основные положения МКТ:
  • все тела состоят из молекул, между которыми есть промежутки;
  • масса тел может меняться дискретно; молекулы непрерывно хаотически движутся;
  • молекулы взаимодействуют (притягиваются или отталкиваются в зависимости от расстояния между частицами).

Фундаментальные постоянные.
  • Постоянная Больцмана: k=1.38·10Дж/К.
  • Число Авогадро: моль .


3-я группа: Следствия.


Частные законы.
  • Уравнение состояния: ;
  • Уравнение Менделеева - Клапейрона:;
  • Газовые законы (Шарля, Гей-Люссака, Бойля-Мариотта);
  • Закон Паскаля (следствия равноправия направлений );
  • Закон Дальтона (следует из уравнения состояния );
  • Закон Авогадро (следует из уравнения состояния);
  • Внутренняя энергия идеального одноатомного газа: .


4-ая группа. Применение.


Применение диффузии.
  • Сварка металлов.
Взаимная диффузия металла и припоя.
  • Диффузионная сварка в вакууме.
Сварка материалов, которые другими методами соединить невозможно (сталь + чугун, алюминий + вольфрам и др.).
  • Поверхностная термохимическая обработка металла: азотирование (азот диффундирует в сталь); цементация (насыщение стали углеродом); цианирование (насыщение углеродом и азотом).
Высокая твердость до t = 650°C, износоустойчивость, коррозионностойкость.

Применение сжатых и разреженных газов.
  • Пневматические инструменты: ударного действия, автоматизированные линии и др.

Повышение производительности труда в несколько раз.
  • Аппараты на воздушной подушке.
Увеличение скорости до 100 км/ч.
  • Вакуумные установки.
Кондитерская и пищевая промышленность, электронные лампы и телевизионные установки, счетчики элементарных частиц.

Сжиженный газ (впервые получен М. Фарадеем).
  • Жидкий кислород.
Сварка и резка металла, получение искусственных алмазов, источник «воздушной среды» в космических аппаратах и составная часть горючего.
  • Жидкий азот.
Производство удобрений.
  • Инертные газы.
Наполнение газосветных ламп.
  • Криогенные температуры.
Хранение крови, плазмы, отдельных органов; криохирургические инструменты.

Охлаждение жидкостей при испарении.
  • Лежит в основе работы холодильника.
Хранение продуктов питания, медикаментов.

Капиллярность.
  • Учет в строительной практике.
Гидроизоляция.

Полимеры естественные

(Шелк, шерсть, хлопок и др.), искусственные (целлофан, пластмассы, синтетический шелк, каучук).
  • Производство синтетических веществ с заранее заданными свойствами: легкость, твердость, теплопроводность, огнестойкость и др.
Различные области народного хозяйства.

Жидкие кристаллы.
  • Изменение свойств при незначительном изменении внеш­них условий.
Преобразователи инфракрасного изображения в биологии и медицине, дисплеи.

Материалы с заранее заданными свойствами.
  • Сплавы: бронза, латунь, легированная сталь, дюралюминий.
Строительство, космонавтика, авиация.
  • Металлоподобные: карбиды, бориды, нитриды, силициды.
Защитные покрытия.
  • Бинарные соединения неметаллов: карборунд, элюбор.
Изготовление полупроводников, режущих инструментов (в 10 раз более стойкие, чем алмазные).
  • Монокристаллы.
Точные приборы, точная обработка материалов, бурение скважин.


5-ая группа. Интерпретация.


Объяснение опытных фактов.
Объяснение свойств газов, жидкостей и твердых тел.

Границы применимости.
Реальные газы подчиняются МКТ при малых плотностях и умеренных (не высоких и не низких) температурах. В области низких температур нельзя считать, что молекулы движутся по законам ньютоновской механики. При давлениях выше нормального нельзя пренебрегать объемом молекул и силами их притяжения. (Малая плотность- длина свободного пробега в десятки раз превышает эффективный диаметр молекул, давление порядка 10 Па).


Учитель. В заключение урока мне хотелось бы, чтобы вы оценили, насколько он был успешен. Возьмите, пожалуйста, карточки и поставьте галочку около выбранного утверждения.


Мне все понравилось






Мне ничего не понятно

Мне было интересно






Мне было скучно

Мне было легко






Мне было трудно

Я узнал много нового






Я не узнал ничего нового


Литература:
  1. Спасский Б.И. Физика в ее развитии: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1979.
  2. Мощанский В.Н., Савелова Е.В. История физики в средней школе. – М.: просвещение, 1981.
  3. Физика 10. Под ред. А.А. Пинского. М.: Просвещение, 2001.