Как надо решать задачи по теме Молекулярная физика

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) mданного вещества к массы атома углерода m: M_r  =

    В 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 и называют постоянной Авогадро в честь итальянского учёного.

Между молярной массой Μ и относительной молекулярной массой M_r 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 N_А: 

ν = N/ N_А = 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

  Это основное уравнение молекулярно-кинетической теории.   p[1]

2.2. Решение задач

Задача 1. Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?[2]

     Дано                                 СИ             Решение

M(Al)=27                                   моль

m (Al)=5,4 кг

.    

-?                                                                                                                    Ответ: 200 моль.

Задача 2. Какой объем занимает 100 моль ртути?

        Дано                     СИ              Решение

(Hg)=100 моль                          V=  Подставим в первую формулу     

(Hg)=13.6·10                        V==1,5 ·10м

M(Hg)=201                                                          

    V-?                                                                                                                Ответ: 1,5·10или 1,5 л.

Задача 3. Чему равно число молекул в 10 г. кислорода?

       Дано                             СИ        Решение

m (O)=10 г.                     0,01кг.      (1)(2)   =>

M(O) =32·10                    Выразим N; получаем               

Na=6.02·10моль                          N=  1,88·10 молекул                                                                                                               

N-?                                                                                                           Ответ: 1,88*10молекул

Задача 4. На изделие, поверхность которого 50 см, нанесен слой меди толщиной 2 мкм. Сколько атомов меди содержится в покрытии?

Дано                                   СИ                Решение

                             N=           , но масса цинка не известна.                                        

S=50 cм                              Найдём массу цинка через объём и плотность.

                       , объём найдём, зная площадь поверхности

Na=6.02*10моль                            и толщину слоя V=Sh=>m=Sh

                         Подставим в начальную формулу

    N-?                                                                   

N= молекул

Ответ: молекул

Задача 5.   Определите сколько молекул воды в объёме 2л.

             Дано                            СИ                        Решение

V=2л.                                     2*10      N=, масса воды неизвестна.

Na=6.02*10                                  Найдём массу воды через объём и плотность. m=

                         N=

                                

          N-?                                                                                                                      Ответ:

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                         Решение

m(H)=0.5 кг.                                           N= Чтобы найти число молекул, испаряющихся за

t=30 суток                          2,592·10с.       1сек. -  N, необходимо всё число молекул разделить

t=1с                                                              на время, за которое они испарились.

=18·10.                            N= (2). 

                                                                         Подставим(2)(1) и учтем  время в секундах.

N-?                                                     

                       N

                                                                                                                             Ответ:

Задача 7.  В озеро, имеющее среднюю глубину 10м и площадь поверхности 20 км, бросили кристаллик поваренной соли массой  0,01г. Сколько молекул этой соли оказалось бы в наперстке воды объемом 2 см, зачерпнутой из озера, если полагать, что соль, растворившись, равномерно распределилась во всем объеме воды?

      Дано                       СИ                        Решение                                            

h=10м                                             Чтобы найти  N. Необходимо найти объем озера V , кол-во

S=20 км                      2·10  частиц соли N  V=hS(1);  N=;  N

m=0.01 г                        10     Подставим (1) и (2) в (3)                                

V=2 см                     2·10      

Na=6.02·10                           

N-?                                                                                                                     Ответ:6,02·10                                  

Задача 8.  Каково давление кислорода, если средняя квадратичная скорость его молекул 600, а его плотность 1,54?

     Дано             СИ                  Решение

                      Отразим на произведение m         

                  Следовательно,

Р -?                                                       Ответ:1,848*10

Задача 9.  Какова средняя квадратичная скорость движения молекул газа, если имея массу 8 кг, он занимает объем 10 м при давлении 250 кПа?

 Дано                  СИ              Решение

m=8кг                                    Рассмотрим n -концентрация n=  

V=10 м                                Следовательно,               

   2,5*10      Выразим V из этого уравнения поэтапно:

V-?                                        1. Умножим первую и правую части на 3V: 3РV=mV

                                               2.    Разделим первую и вторую часть на m: V

                                               3. Возьмем квадратичный корень из первой  и второй части.

                                             V=

                                                V=

                                                                                                                                         Ответ: 306 м/с

Задача 10. Найти концентрацию молекул кислорода, если давление его 0,3 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 900

        Дано                      CИ           Решение

V=900                                       (1) . Выразим n из уравнения (1). n=

                 3*10  Мы не знаем массу m-массу молекулы кислорода.

                      Для этого воспользуемся малярной массой кислорода                             

Na=6,02*10                              

n-?               n=

                                                                                      Ответ:

Задача 11.  Найти среднюю кинетическую энергию молекулы одноатомного газа при давлении 30 кПа. Концентрация молекул газа при указанном давление 5*10.

         Дано           СИ             Решение  

P=30 кПа         3*10Па   Р=  E_к  E                         

N=5*10  

Е-?                                                                          Ответ:9*10

---

[1] Дмитриева В.Ф. Физика// Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. М.,2003

[2] Рябоволов Г.И., Дадалова Н.Р., Самойленко П.И., Сборник дидактических заданий по физике. М.,2000