1. Как надо решать задачи по физике. Чтобы правильно и осмысленно решать задачи по физике, необходимо следовать алгоритму: Алгоритм «Решение задач по физике» 1. Внимательно прочитайте условие задачи. 2. Установите о каком (их) физических явлениях идёт речь в задаче. 3. Вспомните основные количественные и качественные закономерности, объясняющие это (и) явление. 4. Определите, что требуется найти в задаче. 5. Установите, какие физические величины даны в задаче. Не забудьте о табличных величинах. Примечание: Иногда использование табличных величин зашифровано текстовой информацией: -определить массу молекулы азота, -найти количества вещества в массе алюминия. 6. Переведите, если этого необходимо, физические величины в систему СИ (стандартные единицы измерения) 7. Определите какую (ие) количественную (ые) зависимость (и) надо использовать в решение. Для этого лучше всего определить количественные зависимости, куда входит искомая физическая величина, а также данные физических величин по условию задачи. 8. Использовать преобразования в физических формулах, получите окончательную расчётную формулу. Примечание: при проверке правильности полученной формулы используйте размерность физической величины. Например: Если мы должны найти силу F, то в результате сокращения размерности должны получить H (Ньютон), если получить, что-то другое, значит, формула получена не верно. 9. Выполните вычисления по полученной формуле. 10. Запишите ответ задачи. Примечание: Иногда, для успешного решения задачи требуется выполнить чертёж. Помните о том, что правильно выполнит чертёж, помогает в решение задач, это 50% вашего успеха. 2. Основы молекулярно-кинетической теории. 2.1 Основные понятия и закономерности. В основе молекулярно-кинетической теории строения вещества лежат три утверждения: вещество состоит из частиц; эти частицы беспорядочно движутся; частицы взаимодействуют друг с другом. Относительно молекулярной (или атомной) массой вещества Мr называют отношение массы молекулы (или атома) m 0 данного вещества к В m 1 массы атома углерода m 0с : Mr = 0 1 12 m0 c 12 Международной системе единиц количество вещества выражают в молях. Один моль- это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг. Значит, в 1 моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул. Это число атомов обозначают N А и называют постоянной Авогадро в честь итальянского учёного. Между молярной массой Μ и относительной молекулярной массой Mr существует следующая связь: M=Mr⋅10−3 Следующей основной физической величиной в МКТ будет – количество вещества. Количество вещества, содержащегося в теле, определяется числом молекул (или атомов) в этом теле. Поскольку число молекул в макроскопических телах очень велико, для определения количества вещества в теле сравнивают число молекул в нем с числом атомов в 0,012 кг изотопа углерода 126C. Единица количества вещества называется молем (моль). Обозначают количесвта вещества – ν. Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц (молекул) вещества к постоянной Авогадро NА: ν = N/ NА = m\M Зная массу вещества и его молярную массу М, можно найти число молей (количество вещества) N=νNA=mMNA. Зная молярную массу и постоянную Авогадро, можно рассчитать массу одной молекулы: m0=M\NA=mN. Броуновское движение-это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц. Идеальный газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало. p  F 1  m0 nV 2 . S 3 Это основное уравнение молекулярно-кинетической теории.  p 1 2 т Ek  pV 2 1 3 3 2.2. Решение задач Задача 1. Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?2 Дано СИ Решение кг моль M(Al)=27  10 3   5.4кг m   200 моль кг M 3 27  10 моль m (Al)=5,4 кг .  -? Ответ: 200 моль. Задача 2. Какой объем занимает 100 моль ртути? Дано СИ  (Hg)=100 моль  (Hg)=13.6·10 3 Решение m m  m  M Подставим m   в первую формулу V= ;  p M кг м3 V= 100 моль  10 3 3 кг 13,6  10 м M(Hg)=201  10 V-? 3 кг моль =1,5 ·10 3 м 3 3 кг моль Ответ: 1,5·10 3 или 1,5 л. Задача 3. Чему равно число молекул в 10 г. кислорода? Дано СИ m (O 2 )=10 г. 0,01кг. 1 2 Решение  m N m    (1)  (2) => A M Na M Дмитриева В.Ф. Физика// Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. М.,2003 Рябоволов Г.И., Дадалова Н.Р., Самойленко П.И., Сборник дидактических заданий по физике. М.,2000 M(O 2 ) =32·10 3 Na=6.02·10 23 Na  m M 23 1 0,01кг  6,02  10 моль N=  1,88·10 23 молекул кг кг моль моль Выразим N; получаем N  1 32  10 3 моль Ответ:  1,88*10 23 N-? молекул Задача 4. На изделие, поверхность которого 50 см 2 , нанесен слой меди толщиной 2 мкм. Сколько атомов меди содержится в покрытии? Дано СИ m Na , но масса цинка не известна. M Найдём массу цинка через объём и плотность. 2  10 м h  2 мкм S=50 cм Решение 6 N= 5  10 3 м 2 2 кг моль 23  1 Na=6.02*10 моль кг  (Си )  8,9  10 3 моль m  V , объём найдём, зная площадь поверхности и толщину слоя V=Sh=>m=Sh  M (Си )  64 10 3 Подставим в начальную формулу N-? кг  6,02  10 23 моль 1 моль  8,37  10 20 молекул кг 64  10 3 моль Ответ:  8,37  10 20 молекул 5  10 3 м 2  2  10 6 м  8,9  10 3 N= Задача 5. Определите сколько молекул воды в объёме 2л. Дано СИ 2*10 3 м3 V=2л. 1 Na=6.02*10 моль 23 M ( H 2O)  18 *10 3  ( H 2O)  10 3 Решение m N= Na , масса воды неизвестна. M Найдём массу воды через объём и плотность. m= 10 3 кг моль N= V Na M кг * 2 *10  3 м3 * 6,02 *10 23 моль1 м3  6,7 *10 25 кг 18 *10  3 моль кг м3 Ответ:  6,7 *10 25 N-? Задача 6. Находившаяся в стакане воде массой 0,5 кг. полностью испарилась за 30 суток. Сколько в среднем молекул воды вылетало с её поверхности за 1с? Дано СИ m(H 2 O )=0.5 кг. t=30 суток t 1 =1с 6 2,592·10 с. Решение N N 1 = (1) Чтобы найти число молекул, испаряющихся за t 1сек. - N 1 , необходимо всё число молекул разделить на время, за которое они испарились. кг . моль N= m Na mNa  N 1 M t M t N1  M ( H 2O) =18·10  3 m Na (2). M Подставим(2)  (1) и учтем время в секундах. N 1 -? 0.5кг  6,02  10 23 моль 1  4,33  1019 кг 18 *10 3  2,592  10 6 с моль Ответ:  4,33 *1019 Задача 7. В озеро, имеющее среднюю глубину 10м и площадь поверхности 20 км 2 , бросили кристаллик поваренной соли массой 0,01г. Сколько молекул этой соли оказалось бы в наперстке воды объемом 2 см 3 , зачерпнутой из озера, если полагать, что соль, растворившись, равномерно распределилась во всем объеме воды? Дано СИ Решение Чтобы найти N 1 . Необходимо найти объем озера V , кол-во h=10м S=20 км m m Na(2) ; N 1  V1 (3) M V m Na mNaV1 5 M V1  10 кг Подставим (1) и (2) в (3) N1  hS hS 5 23 1 6 10 кг * 6,02 *10 моль * 2 *10 м 3 N1   6,02 * 10 4 2·10 6 м3 2 * 10 м * 2 * 10 7 м 2 2·10 7 м2 частиц соли N V=hS(1); N= 2 m=0.01 г V 1 =2 см 3 Na=6.02·10 23 моль1 N 1 -? Ответ:6,02·10 4 Задача 8. Каково давление кислорода, если средняя квадратичная скорость его молекул 600 м с , а его плотность 1,54 кг 3 ? м Дано V  600 м СИ Решение 1   m0 nV 2 Отразим на произведение m 0 n 3 N m m 1 m0 n  m0 *  0    Следовательно,   m0 nV 2 3 V V V с   1,54 кг м3  Р -? 1 км м *1.54 3 * (600 ) 2  184800 Па 3 м с Ответ:1,848*10 5 Па Задача 9. Какова средняя квадратичная скорость движения молекул газа, если имея массу 8 кг, он занимает объем 10 м 3 при давлении 250 кПа? Дано СИ m=8кг V=10 м 3   250 КПа 2,5*10 4 V-? Решение 1 N   m0 nV 2 Рассмотрим n -концентрация n= ; 3 V mN m 1m 2 Следовательно,   m0 n  0  V V V 3V Выразим V из этого уравнения поэтапно: 2 1. Умножим первую и правую части на 3V: 3РV=mV 2. Разделим первую и вторую часть на m: V 2  3PV m 3. Возьмем квадратичный корень из первой и второй части. 3PV m V= V= 3 * 2.5 *10 4 Па *10 м 3  306 м с 8кг Ответ: 306 м/с Задача 10. Найти концентрацию молекул кислорода, если давление его 0,3 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 900 м с Дано V=900 м CИ с   0,3МПа Решение 3P 1 ( 2) (1)   m0 nV 2 . Выразим n из уравнения (1). n= m0V 2 3 3*10 5 Па Мы не знаем массу m 0 -массу молекулы кислорода. M (О2 )  32 *10 3 кг м3 Для этого воспользуемся малярной массой кислорода 3P 3PNa  2 M *V 2 M *V Na 3 * 3 * 10 5 Па * 6,02 * 10 23 моль 1  2,1 * 10 25 м 3 n= кг м 32 * 10 3 * (900 ) 2 моль с Na=6,02*10 23 моль1 n-? M  Ответ:  2,1*10 25 м3 Задача 11. Найти среднюю кинетическую энергию молекулы одноатомного газа при давлении 30 кПа. Концентрация молекул газа при указанном давление 5*10 25 м3 . Дано P=30 кПа СИ 4 3*10 Па Р= Решение 3 * 3 *10 4 Па 2 3Р  9 *10  22 Дж Eк nEк Eк  2 * 5 *10 25 м  3 2n 3 N=5*10 25 м 3 Е к -? Ответ:9*10 22 Дж