Физика · 7 класс · занятие 3 · §§ 7–11

Из чего состоит вещество и как движутся его частицы?

От опытных фактов — к молекулярной картине мира: частицы, их движение, диффузия, притяжение и отталкивание.

2 урока по 40 минут10 векторных схемПовторение: 12 вопросовВыходной тест: 12 вопросов

Маршрут занятия

Урок 1
0–12 мин. Проверка домашней работы и входной тренажёр. 12–23 мин. Из чего состоит вещество. 23–31 мин. Молекулы и атомы. 31–40 мин. Броуновское движение.
Перемена
Отдых по расписанию.
Урок 2
0–17 мин. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах. 17–29 мин. Притяжение и отталкивание частиц. 29–34 мин. Смачивание и несмачивание. 34–40 мин. Выходное тестирование и домашнее задание.
Главный результат. Вы сможете объяснять наблюдаемые явления с помощью трёх положений: вещество состоит из частиц; частицы непрерывно и беспорядочно движутся; частицы взаимодействуют.

1. Входной тренажёр: вспоминаем прошлый урок

12 вопросов

Прошлое домашнее задание: прочитать §§ 4–6; измерить линейкой три домашних предмета; для каждого измерения указать цену деления и записать результат с погрешностью; подготовить пример связи физики и техники.

Перед тестом. Положите рядом свои три измерения. Вопросы 7–9 помогут проверить, правильно ли оформлена эта часть домашней работы.

2. Вещество состоит из частиц

Мы не видим частицы вещества невооружённым глазом, однако можем строить объяснение по результатам опытов. При нагревании размеры многих тел увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются. Это удобно объяснять изменением расстояний между частицами, а не увеличением размеров самих частиц.

Модель строения вещества: вещество состоит из чрезвычайно малых частиц, между которыми есть промежутки.
до нагреванияпосле нагревания
Схема 1. Нагретый металлический шар расширяется и перестаёт проходить через кольцо.
123цвет остаётся даже после многократного разбавления
Схема 2. Малая крупинка красителя содержит огромное число частиц.

3. Молекулы и атомы

Молекула — мельчайшая частица данного вещества, сохраняющая его химические свойства.

Молекулы одного вещества одинаковы, а молекулы разных веществ различаются. Сами молекулы образованы атомами. Например, молекула воды H2O состоит из двух атомов водорода H и одного атома кислорода O.

OHH
Схема 3. Модель молекулы воды. Цвет и размер шаров условны.
≈ 2 ммоколо 10 000 000 молекул водыесли расположить их вплотную в один ряд
Схема 4. Даже цепочка примерно из десяти миллионов молекул воды имела бы длину всего около 2 мм.
Важно: молекулярные схемы показывают модель. Частицы изображены во много раз крупнее и значительно дальше друг от друга, чем это выглядело бы в масштабе.
ПонятиеСмыслПример
ТелоОтдельный предметКапля воды
ВеществоТо, из чего состоит телоВода
МолекулаМельчайшая частица данного веществаH2O
АтомЧастица, из которой образуются молекулыH, O

4. Броуновское движение: следы невидимого движения

В 1827 году Роберт Броун наблюдал под микроскопом очень мелкие частицы в жидкости. Их траектории оказались непрерывными и беспорядочными. Мы видим не молекулы, а более крупные частицы, которые получают неуравновешенные удары молекул жидкости или газа.

Броуновское движение — непрерывное беспорядочное движение очень мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе.
Схема 5. Условная траектория броуновской частицы за равные промежутки времени.
частица
Схема 6. В каждый момент удары молекул с разных сторон не полностью уравновешиваются.
Логика доказательства: молекулы невидимы в обычный микроскоп → видна крупинка → её хаотическое движение объясняется ударами невидимых движущихся молекул.

5. Диффузия

Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого вследствие их беспорядочного движения.

Диффузия происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах, но с разной скоростью. Обычно быстрее всего — в газах, медленнее — в жидкостях, особенно медленно — в твёрдых телах. При повышении температуры движение частиц становится интенсивнее, поэтому диффузия ускоряется.

сразучерез некоторое времяпозжеу источникапо всему объёму
Схема 7. Частицы пахучего вещества сначала сосредоточены у источника, а затем из-за беспорядочного движения распределяются по всему объёму газа.
резкая границачастицы смешиваютсясмесь однородна
Схема 8. Частицы обеих жидкостей переходят через прежнюю границу раздела; со временем они оказываются распределены по всему объёму.
вещество Aвещество B
Схема 9. В твёрдых телах диффузия тоже возможна, но обычно требует очень долгого времени.
холодная водатёплая водаза одинаковое время
Схема 10. При более высокой температуре частицы перемещаются быстрее, и диффузия идёт интенсивнее.
СредаСкорость диффузииПример
ГазОбычно высокаяРаспространение запаха
ЖидкостьНижеПостепенное окрашивание воды
Твёрдое телоОчень низкаяПроникновение частиц двух плотно соприкасающихся металлов

Сравните скорость диффузии

Во всех трёх окнах одновременно запускается один и тот же условный промежуток времени. Синие и фиолетовые частицы вначале разделены. Наблюдайте, насколько далеко они успевают проникнуть в другую половину.

Газ — быстро

Жидкость — медленнее

Твёрдое тело — очень медленно

вещество Aвещество B

Модель ускорена и не передаёт реальные секунды. В жидкости частицы в основном колеблются около временных положений равновесия и лишь изредка переходят на соседние места. В твёрдом теле такие переходы показаны ещё более редкими; в действительности заметная диффузия там может занимать годы.

6. Взаимное притяжение и отталкивание частиц

Если бы частицы только двигались, твёрдые тела и жидкости распадались бы. Частицы притягиваются, когда находятся очень близко. При чрезмерном сближении резко проявляется отталкивание. Эти силы заметны лишь на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц.

Далеко

Взаимодействие очень слабое. Простое соприкосновение неровных осколков не восстанавливает целое тело.

Очень близко

Притяжение удерживает частицы вместе. На этом основаны прочность, сварка, пайка и склеивание.

Слишком близко

Преобладает отталкивание. Поэтому тела сопротивляются сильному сжатию.

Смачивание и несмачивание

Жидкость смачивает поверхность

Притяжение молекул жидкости к частицам поверхности сильнее, чем взаимное притяжение молекул жидкости. Капля растекается.

Жидкость не смачивает поверхность

Молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу. Капля остаётся округлой и лишь немного сплющивается у поверхности.

область контакта
Единая картина: строение вещества объясняет тепловое расширение; движение частиц — броуновское движение и диффузию; взаимодействие частиц — прочность, упругость, смачивание и несмачивание.

7. Выходное тестирование

12 вопросов

8. Домашнее задание

Обязательная часть

  1. Прочитать §§ 7–11, сверяя текст с конспектом.
  2. Устно ответить на вопросы: § 7 — № 1, 3, 4; § 8 — № 1, 3; § 9 — № 2; § 10 — № 1, 3; § 11 — № 1, 2, 4.
  3. Письменно составить объяснение одного явления по схеме: наблюдение → движение или взаимодействие частиц → вывод. Выберите распространение запаха, растворение красителя, смачивание стекла или каплю воды на воске.

Небольшое наблюдение

  1. Налить одинаковое количество холодной и тёплой воды в два прозрачных стакана.
  2. Одновременно добавить по капле пищевого красителя или крепкого чая, не размешивать.
  3. Через 1, 3 и 5 минут сравнить распространение окраски.
  4. Записать вывод о влиянии температуры на диффузию.

Безопасность: используйте только бытовые пищевые вещества. Не пробуйте растворы и соблюдайте осторожность с горячей водой; достаточно тёплой воды.

Что сдавать: письменное объяснение одного явления и короткую таблицу наблюдений из двух столбцов: «холодная вода» и «тёплая вода».