Реферат: Тема: Молекулярно-кинетическая теория

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:

Спасский Б.И. Физика в ее развитии: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1979.

Мощанский В.Н., Савелова Е.В. История физики в средней школе. – М.: просвещение, 1981.

Физика 10. Под ред. А.А. Пинского. М.: Просвещение, 2001.