149677 (Ответы на вопросы к госу по МПФ), страница 6

На основе опытов (пружинный маятник, груз на нити и т.д.) подчеркивают, что колебательным системам присущ ряд общих свойств: 1. У каждой колебательной системы есть состояние устойчивого равновесия; 2. После того, как колебательная система выведена из положения устойчивого равновесия, появляется сила, возвращающая систему в устойчивое положение; 3. Возвратившись в устойчивое состояние система колеблющегося тела не может сразу остановиться, ему мешает его инертность.

Колебания которые происходят без внешних воздействий, после того как тело выведено из состояния равновесия, называется свободными.

Система тел, которая способна совершать свободные колебания, называется колебательной системой.

Далее рассматриваются гармонические колебания. Механические колебания которые происходят под действием силы пропорциональной смещению и направленные противоположно ему, называют гармоническими колебаниями.

Максимальное смещение тела от положения равновесия называется амплитудой колебания.

Продолжительность одного полного колебания называется периодом колебаний.

Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени. v=1/T

Движение, при котором ускорение прямо пропорционально отклонению точки от положения равновесия и всегда наплавлена в сторону равновесия называется гармоническими колебаниями.

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на длинной, нерастяжимой и невесомой нити. При отклонении маятника из положения равновесия, равнодействующая силы упругости и силы тяжести заставляет маятник совершать колебания. Период колебания маятника зависит от длинны нити и не зависит от массы тела, не зависит также от амплитуды колебаний, поэтому маятник используется для регулировки хода часов.

Рассмотрим собственные и вынужденные колебания, резонанс. Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при равенстве частот колебаний вынуждающей силы и собственных колебаний системы называется резонансом.

Рассматривая волны необходимо обратить внимание на следующие моменты: процесс распространения колебаний в среде называется волной; длинной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время равное периоду колебаний частиц; скорость волны определяется из формулы: ; существуют продольные и поперечные – колебания частиц происходят перпендикулярно распространению волны.

14. Методика изучения главы «Основы МКТ вещества»

Изучение этой темы основывается на знании учащихся, полученных при изучении курса в 7-8 классах и курса химии в 8-9 классах.

Центральное понятие этой темы – понятие молекулы; сложность его усвоения школьниками связана с тем, что молекула – объект, непосредственно ненаблюдаемый. Поэтому учитель должен убедить 9-ков в реальности микромира, в возможности его познания. В связи с этим большое внимание уделяют рассмотрению экспериментов, доказывающих существование и движение молекул и позволяющих вычислить их основные характеристики. Кроме этого, целесообразно ознакомить учащихся с расчетными методами определения характеристик молекул.

Положения МКТ:

1. Все вещества состоят из молекул. 2. Эти молекулы хаотично и непрерывно движутся. 3. Молекулы взаимодействуют между собой.

Правильное объяснение броуновского движения было дано Эйнштейном спустя 80 лет Сухомлинский построил, а Перрен экспериментально подтвердил теорию броуновского движения. При рассмотрении броуновского движения необходимо сделать следующие выводы: 1. Движение броуновских частиц вызывается ударами молекул вещества о стенки сосуда, в котором они взвешены. 2. Броуновское движение непрерывно и бесконечно. Оно зависит от свойств вещества, в котором эти частицы взвешены. 3. Движение броуновской частицы позволяет судить о движении молекулы среды, в котором частицы находятся. 4. Броуновское движение доказывают существование молнии, их движение которое носит непрерывный и хаотичный характер этого движения.

Вопрос о взаимодействии молекул школьники уже изучали в 10 классе, знания поэтому нужно углубить. Необходимо подчеркнуть следующие моменты: межмолекулярные взаимодействия имеют электромагнитную природу; межмолекулярные взаимодействие характеризуется силами притяжения и отталкивания; силы межмолекулярного взаимодействия действуют на расстояниях не больше 2-3 диаметров молекул. На этом расстоянии заметна лишь сила притяжения, силы отталкивания практически равны нулю; по мере уменьшения расстояния между молекулами силы взаимодействия увеличиваются. Сила отталкивания растет быстрее, чем сила притяжения.

Вводят ряд понятий: Относительной молекулярной (атомной) массой называется отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода. . Количество вещества – это отношение числа молекул, содержащихся в данном теле к числу атомов, которое содержится в 0,012 кг углерода. , . Моль – это количество вещества, содержащее в себе столько структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода. Молярная масса – масса 1 моля вещества .

Если найдем связь между количеством вещества, массой вещества и молекулярной массой, получим: .

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ. Существует два определения понятия идеальный газ: термодинамическое и молекулярно-кинетическое. В термодинамике под идеальным газом понимают газ, у которого при изотермическом процессе при постоянной массе, давление обратно пропорционально его объему. Другое определение: Идеальный газ – это газ состоящий из большого количества молекул, которые представляют собой материальные точки, не взаимодействующие друг с другом, на расстоянии, но взаимодействуют при столкновении по закону абсолютно упругого удара.

Принимая молекулу газа за материальную точку, исходят из того, что суммарный объем меньше объема сосуда и его можно не учитывать.

Следует отметить, что принятая модель идеального газа работает только тогда, когда газ находится в равновесном состоянии. Эта модель не применима при высоких давлениях и низких температурах.

. Доказательство уравнения можно разбить на 4 этапа: 1. Найдем импульс, приобретенный стенкой при ударе одной молекулы газа. m_o – масса одной молекулы. Разложим силы на составляющие: , . 2. Найдем число молекул, которое возможно дойдут до стенки dC. Число молекул в объеме – половина - . 3. Общий импульс, полученный стенками сосуда будет . Из механики известно, что импульс силы равен изменению импульса тела , . 4. , , , проекции скорости на оси равны, так как все направления равноправны. , - средняя квадратичная скорость. - основное уравнение МКТ. .

Следующим шагом в изучении этого вопроса – введение понятия температура. Температура характеризует внутреннее состояние изолированной системы тел, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Можно встретить следующее определение температуры: Температурой называют скалярную физическую величину, характеризующую интенсивность теплового движения молекул изолированной системы в условиях термодинамического равновесия пропорциональную средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Предельная температура, при которой давление идеального газа становится равным нулю, при постоянном объеме или объем газа становится равным нулю при определенном давлении, называется абсолютным нулем температур.

Учитывая, что , , , , то есть температура является мерой средней кинетической энергии движения молекул.

15. Методика изучения газовых законов.

Газовые законы могут изучаться индуктивно, либо дедуктивно. При индуктивном подходе газовые законы изучаются как эмпирические, полученные при обобщении данных эксперимента, а затем выводят уравнения состояния идеального газа.

З акон Бойля-Мариота. Открыт экспериментально. Р. Бойль – 1662г. Э. Мариот – 1667г. При постоянной температуре объем данной массы газа обратно пропорционально давлению. PV = const – изотермический процесс T = const, . Для данной массы газа произведение давления на объем постоянно, если температура постоянна. По оси у – V, по x – P, графическая зависимость – изотерма.

З акон Гей-Люсака. Открыт экспериментально в 1802г. При постоянном давлении объем данной массы газа зависит от температуры по линейному закону. , процесс – изобарный . Для данной массы газа отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется. По оси х – t, y – V. График – изобара.

Предположим, что имеем 1 моль газа. Газ характеризуется параметрами , Р_о=101325 Па, V_om=22.4 л = 22,4 10^-3 м³. , - универсальная газовая постоянная. R = 8.31 Дж/К.

Предположим, что имеем , - уравнение Менделеева – Клайперона.

Другой вывод уравнения М-К. Известно, что давление газа описывается согласно основному уравнению МКТ (4) (5) , , (6) – это соотношение найдено фр. Физиком Клайпероном в 1834г. Он хотя и связал все параметры, характеризующие состояние газа, но это уравнение не удобно для практического применения. Дело в том, что в него, помимо P, V, T входят не измеряемые на опыте число молекул N. В 1874 г. Менделеев усовершенствовал эту формулу, ввел в нее массу: , , .

Закон Шарля. 1787г. Шарль установил, что давление данной массы газа при постоянном объеме зависит от температуры по линейному закону. , - термический коэффициент давления газа.

16. Научно методический анализ основных понятий раздела электродинамика (Электрический заряд, электрическое поле).

Электродинамика – раздел физики посвященный изучении электрических и магнитных явлений, в которых основную роль играет взаимодействия между телами, элементарный заряд. Взаимодействие осуществляется через электромагнитное поле, связанное с этими телами или частицами. Основное понятие является понятие электрического заряда и электрического поля.