1.2. Тепловое движение атомов и молекул. Связь температуры вещества со скоростью хаотического движения частиц. Броуновское движение. Диффузия. Взаимодействие молекул

Теоретическая справка

Между частицами вещества действуют силы взаимного притяжения, каждая молекула притягивает к себе все соседние молекулы и сама притягивается к ним. В тоже время между молекулами существуют силы взаимного отталкивания. На расстояниях, сравнимых с размерами молекул (атомов), заметнее проявляется притяжение, а при меньших расстояниях — отталкивание.

Явление смачивания является подтверждением существования сил притяжения и отталкивания частиц из которых состоят вещество. Если жидкость смачивает твёрдое тело, то это значит, что молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам тела. Когда наблюдается несмачиваемость, то это означает, что молекулы жидкости притягиваются сильнее друг к другу, чем к молекулам твёрдого тела.

Как известно, частицы вещества пребывают в постоянном движении, которое никогда не прекращается. Скорость движения молекул (атомов) и температура связаны друг с другом. При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, при понижении — уменьшается. Поскольку со скоростью движения молекул тела связана его температура, беспорядочное движение частиц называют тепловым движением. В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением характера теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства. 

Температура тела находится в тесной связи со средней кинетической энергией молекул. Чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. При понижении температуры тела средняя кинетическая энергия его молекул уменьшается.

Экспериментальными подтверждениями теплового движения частиц из которых состоит тело являются броуновское движение и диффузия.

Броуновское движение представляет собой хаотичное движение мелких частиц (пыли в воздухе, частиц краски в жидкости) взвешенных в жидкости или газе. Движение броуновской частицы обусловлено ее столкновением с движущимися молекулами жидкости или газа. Броуновское движение никогда не прекращается, а его интенсивность увеличивается с повышением температуры (и,  наоборот).

Диффузия — это явление при котором частицы одного вещества проникают между частицами другого вещества. Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества: быстрее всего диффузия происходит в газах, очень медленно — в твердых телах. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры.

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. Свинцовый шарик нагревают в пламени свечи. Как в процессе нагревания изменяется объём шарика и средняя скорость движения его молекул?

Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Объём шарика Средняя скорость движения молекул шарика
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

При нагревании объем тела увеличивается. Средняя скорость движения молекул при повышении температуры увеличивается.

Ответ: 11

[свернуть]

2. Газ охлаждают в закрытом сосуде. Как в процессе охлаждения изменяется плотность газа и средняя скорость движения его молекул?

Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Плотность газа Средняя скорость движения молекул газа
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

Так как газ находится в закрытом сосуде, то при его охлаждении его объем изменяться не будет, т.к. газ все равно будет заполнять весь сосуд. При неизменной массе и объеме газа его плотность изменяться не будет. При уменьшении температуры, средняя скорость движения молекул будет уменьшаться.

Ответ: 32

[свернуть]

3. Установите соответствие между физическими величинами и приборами, предназначенными для измерения этих величин. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРИБОРЫ
А) гидростатическое давление в жидкости

Б) температура жидкости

В) объём жидкости

1) манометр
2) термометр
3) мензурка
4) барометр-анероид
5) гигрометр

Нажмите, чтобы увидеть решение

Прибор для измерения давления в жидкости — манометр.

Прибор для измерения температуры — термометр.

Прибор для измерения объема жидкости — мензурка.

Ответ: 123

[свернуть]

4. Диффузия в твёрдых телах при повышении температуры происходит быстрее, потому что с повышением температуры

1) увеличивается средняя скорость теплового движения молекул
2) увеличиваются силы взаимодействия молекул
3) уменьшаются силы взаимодействия молекул
4) уменьшается площадь поперечного сечения молекул

Нажмите, чтобы увидеть решение

Скорость диффузии при повышении температуры увеличивается в связи с ростом скорости движения молекул.

Ответ: 1

[свернуть]

5. Молекулы любого твёрдого тела находятся в непрерывном движении. Почему тогда тела не рассыпаются на отдельные частицы?

1) среднее значение скорости молекул равно нулю
2) велико взаимное притяжение молекул
3) нет сил отталкивания между молекулами
4) из-за наличия внешних сил

Нажмите, чтобы увидеть решение

Твердые тела не рассыпаются на отдельные молекулы так как между молекулами твердого тела значительны силы взаимного притяжения.

Ответ: 2

[свернуть]

6. Одно из положений молекулярно-кинетической  теории строения вещества заключается в том, что «частицы вещества (молекулы, атомы, ионы) находятся в непрерывном хаотическом движении». Что означают  слова «хаотическое движение»?

1) Движение частиц вещества никогда не прекращается.
2) Движение частиц вещества не подчиняется никаким законам.
3) Частицы вещества все вместе движутся то в одном, то в другом направлении.
4) Нельзя выделить какое-либо определённое направление движения частиц вещества.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Хаотичность движения молекул проявляется в том, что нельзя выделить какое-либо определённое направление движения частиц вещества.

Ответ: 4

[свернуть]

7. При одной и той же температуре диффузия в газе происходит быстрее, чем в жидкости. Этот факт объясняется тем, что в газе по сравнению с жидкостью при той же температуре

1) силы межмолекулярного притяжения больше сил отталкивания
2) силы межмолекулярного отталкивания больше сил притяжения
3) молекулы пролетают большее расстояние от одного столкновения до другого
4) меньше упорядоченность расположения молекул

Нажмите, чтобы увидеть решение

Расстояние между молекулами газа заметно больше, и молекулы его могут перемещаться более свободно, молекулы газов могут пролетать большие расстояния от одного столкновения до другого.

Ответ: 3

[свернуть]

8. Выберите из предложенных пар веществ ту, в которой скорость диффузии при одинаковой температуре будет наибольшая.

1) раствор медного купороса и вода
2) крупинка перманганата калия (марганцовки) и вода
3) пары эфира и воздух
4) свинцовая и медная пластины

Нажмите, чтобы увидеть решение

С наибольшей скорость диффузия будет происходить в газах, поэтому из представленных пар с наибольшей скоростью диффузия будет протекать в паре паров эфира и воздуха.

Ответ: 3

[свернуть]

9. При охлаждении газа в герметично закрытом сосуде постоянного объёма

1) увеличивается средний модуль скорости движения молекул
2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул
3) увеличивается среднее расстояние между молекулами
4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

Нажмите, чтобы увидеть решение

Сосуд герметично закрыт, поэтому при охлаждении газа его объем изменяться не будет, а значит и среднее расстояние между молекулами также изменяться не будет. При охлаждении газа уменьшится средний модуль скорости движения молекул.

Ответ: 2

[свернуть]

10. На рисунке представлены результаты исследования явления смачивания и несмачивания различными жидкостями поверхностей твёрдых тел.

Из предложенного перечня утверждений выберите два, которые соответствуют результатам проведённых экспериментов. Укажите их номера.

1) Вода не смачивает поверхность воска.
2) Обе жидкости смачивают поверхность стекла.
3) Ртуть не смачивает поверхности всех твёрдых тел.
4) Стекло не смачивается ртутью.
5) Воск не смачивается любыми жидкостями.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Согласно приведенному рисунку, вода будет смачивать поверхность стекла, но не смачивать поверхность воска, а ртуть не смачивает поверхность стекла.

Ответ: 14

[свернуть]

11. Два сухих листа бумаги не слипаются при соприкосновении. Будут ли слипаться листы бумаги, если оба листа смочить водой? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: листы будут слипаться.

Пояснение. Два сухих листочка не слипаются, поскольку их молекулы не могут сблизиться на расстояние взаимодействия. Когда листочки смочены водой, молекулы воды на них могут сблизиться на расстояние взаимодействия, поэтому они будут слипаться.

[свернуть]

12. Будет ли легче сдвигать полированные стёкла, сложенные стопкой, если предварительно между ними положить листы сухой бумаги? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: легче сдвинуть стекла между которыми находятся листы сухой бумаги.

Пояснение. Сухая бумага имеет шероховатости, которые не позволяют стеклам приблизиться друг к другу на расстояния достаточные для того, чтобы молекулы начали притягиваться. Поверхности полированных стекол гладкие, в результате, между молекулами стекол возникают силы притяжения, которые будут препятствовать движению стекол.

[свернуть]

13. Пакетик с чаем положили на дно стакана и залили тёплой водой. Через некоторое время вода вокруг пакетика окрасилась. Какое явление наблюдалось в этом случае?

1) броуновское движение
2) атмосферное давление
3) теплопроводность
4) диффузия

Нажмите, чтобы увидеть решение

Окрашивание воды обусловлено диффузией молекул чая с водой.

Ответ: 4

[свернуть]

14. Какое(-ие) из предложенных утверждений является(-ются) верным(-и)?

А. Атомы состоят из молекул.
Б. Молекулы во всех веществах непрерывно и беспорядочно движутся.

1) только А
2) только Б
3) оба утверждения верны
4) оба утверждения неверны

Нажмите, чтобы увидеть решение

Верно только второе утверждение, поскольку молекулы состоят из атомов, а не наоборот и молекулы вещества непрерывно и беспорядочно движутся.

Ответ: 2

[свернуть]

15. В кабинет физики принесли ватку, смоченную духами, и сосуд, в который налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх осторожно налили воду (рис. слева). Было замечено, что запах духов распространился по объёму всего кабинета за несколько минут, тогда как граница между двумя жидкостями в сосуде исчезла только через две недели (рис. справа).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Процесс диффузии можно наблюдать в газах и жидкостях.
2) Скорость диффузии зависит от температуры вещества.
3) Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.
4) Скорость диффузии зависит от рода жидкостей.
5) В твёрдых телах скорость диффузии наименьшая.

Нажмите, чтобы увидеть решение

В первом и во втором опытах наблюдалась диффузия: молекулы духов проникали между молекулами воздуха, молекулы купороса проникали между молекулами воды, т.е. утверждение 1 — верно. Верным также является утверждение 3, т.к. по результатам опытов диффузия в газе произошла в течении нескольких минут, а в жидкости в течении нескольких дней.

Ответ: 13

[свернуть]

16. Какое(-ие) из утверждений верно(-ы)?

А. Диффузию можно наблюдать в твёрдых телах.
Б. Скорость диффузии зависит от температуры веществ.

1) только А
2) только Б
3) оба утверждения верны
4) оба утверждения неверны

Нажмите, чтобы увидеть решение

Оба утверждения верны: в твердых телах диффузия, хоть и медленно, но происходит; с увеличением температуры скорость диффузии увеличивается, при охлаждении, наоборот, уменьшается.

Ответ: 3

[свернуть]

17. Какое(-ие) из предложенных утверждений является(-ются) верным(-и)?

А. При повышении температуры вещества увеличивается средняя скорость движения молекул.
Б. При повышении температуры свинцового шара увеличиваются промежутки между молекулами.

1) только А
2) только Б
3) оба утверждения верны
4) оба утверждения неверны

Нажмите, чтобы увидеть решение

Оба утверждения верны: при повышении температуры увеличивается скорость движения молекул, а также увеличиваются промежутки между ними.

Ответ: 3

[свернуть]

18. Если раскалённую металлическую деталь опустить в холодную воду, то средняя скорость теплового движения частиц

1) и детали, и воды начнёт уменьшаться
2) и детали, и воды начнёт увеличиваться
3) детали начнёт уменьшаться, а воды – увеличиваться
4) детали начнёт увеличиваться, а воды – уменьшаться

Нажмите, чтобы увидеть решение

Если раскалённую металлическую деталь опустить в холодную воду, то она начнет охлаждаться, а вода нагреваться. Значит скорость движения частиц детали будет уменьшаться, а воды — увеличиваться.

Ответ: 3

[свернуть]

19. Хаотическое движение молекул является причиной:

А. диффузии
Б. броуновского движения

Выберите правильный вариант.

1) только А
2) только Б
3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Нажмите, чтобы увидеть решение

Диффузия и броуновское движение — опытное подтверждение движения частиц вещества.

Ответ: 3

[свернуть]

20. Под микроскопом рассматривают  каплю воды со взвешенными в ней мельчайшими частицами краски. Видно, что частицы краски находятся в непрерывном хаотическом движении. Какое явление наблюдается в этом опыте?

1) броуновское движение
2) атмосферное давление
3) теплопроводность
4) диффузия

Нажмите, чтобы увидеть решение

В данном опыте наблюдается броуновское движение — движение взвешенных частиц краски в жидкости.

Ответ: 1

[свернуть]

21. Колбу с жидкостью закрыли пробкой, в которую вставили тонкую трубку. В процессе охлаждения колбы с жидкостью наблюдали понижение уровня жидкости в трубке (см. рисунок). Как при этом изменились плотность жидкости в колбе и средняя скорость движения частиц жидкости?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Плотность жидкости Средняя скорость теплового движения частиц жидкости
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

Понижение уровня жидкости в трубке говорит о том, что жидкость в колбе охлаждается, ее объем уменьшается. Так как объем жидкости уменьшился, плотность жидкости увеличилась. Уменьшение температуры жидкости приводит к уменьшению скорости движения молекул.

Ответ: 12

[свернуть]

22. Нагретый шарик застрял в металлическом кольце, а после остывания проскользнул сквозь кольцо (см. рисунок). Как в процессе остывания шарика изменились его плотность и средняя кинетическая энергия движения частиц вещества, из которого сделан шарик?

 

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Плотность шарика Средняя кинетическая энергия теплового движения частиц
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

В процессе остывания объем шарика уменьшается, значит его плотность увеличивается. Уменьшение температуры шарика приводит к уменьшению скорости движения молекул.

Ответ: 12

[свернуть]

23. Бутылку воды в прохладный день внесли с улицы в тёплое помещение. Температура на улице равна 10 °С, а в помещении равна 25 °С. Как при этом изменились средняя скорость теплового движения молекул воды и плотность воды?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:  

1) увеличивается
2) уменьшается

3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Средняя скорость теплового движения молекул воды Плотность воды
   

Нажмите, чтобы увидеть решение

В помещении вода в бутылке будет нагреваться. Ее объем немного увеличится при нагревании, значит плотность воды уменьшится. Средняя скорость теплового движения молекул воды при повышении температуры будет увеличиваться.

Ответ: 12

[свернуть]

24. При нагревании газа в герметично закрытом сосуде постоянного объёма

1) уменьшается средний модуль скорости движения молекул
2) увеличивается средний модуль скорости движения молекул
3) уменьшается среднее расстояние между молекулами
4) увеличивается среднее расстояние между молекулами

Нажмите, чтобы увидеть решение

Газ находится в сосуде постоянного объема, значит при нагревании его объем не меняется, отсюда следует, что среднее расстояние между молекулами не меняется. При нагревании будет увеличиваться средний модуль скорости движения молекул.

Ответ: 2

[свернуть]

25. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Колбу с подкрашенной холодной водой закрыли пробкой с трубкой и поместили в сосуд с горячей водой (см. рисунок). При этом наблюдали, что подкрашенная вода поднимается по трубке.

Опыт показывает, что в процессе нагревания наблюдается явление (А) __________. Это явление объясняется увеличением (Б)__________ молекул воды. При этом масса воды (В)__________, а объём жидкости (Г)__________.

Список слов и словосочетаний:

1) испарение
2) тепловое расширение
3) конвекция
4) скорость теплового движения
5) размер
6) увеличивает
7) уменьшает
8) не изменяет

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Комментарий. При нагревании и охлаждении тел наблюдается явление их теплового расширения (сжатия). Это происходит за счет изменения расстояний между молекулами и скорости их движения.

Решение. Колбу с подкрашенной холодной водой закрыли пробкой с трубкой и поместили в сосуд с горячей водой (см. рисунок). При этом наблюдали, что подкрашенная вода поднимается по трубке. Опыт показывает, что в процессе нагревания наблюдается явление (А-2) теплового расширения. Это явление объясняется увеличением (Б-4) скорости теплового движения молекул воды. При этом масса воды (В-8) не изменяется, а объём жидкости (Г-6) увеличивается.

Ответ: 2486

[свернуть]

26. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Нагретый шарик застревает в металлическом кольце (рис. слева). После остывания шарик проскальзывает сквозь кольцо (рис. справа).

В процессе охлаждения стального шарика наблюдается явление (А)__________, связанное с увеличением (Б)__________ частиц. При этом масса шарика (В)__________, а объём шарика (Г)__________.

Список слов и словосочетаний:

1) теплопроводность
2) тепловое расширение/сжатие
3) размер
4) скорость теплового движения
5) увеличивается
6) уменьшается
7) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Комментарий. При нагревании и охлаждении тел наблюдается явление их теплового расширения (сжатия). Это происходит за счет изменения расстояний между молекулами и скорости их движения.

Решение. Нагретый шарик застревает в металлическом кольце. После остывания шарик проскальзывает сквозь кольцо (см. рисунок). В процессе охлаждения стального шарика наблюдается явление (А-2) теплового сжатия, связанное с уменьшением (Б-4) скорости теплового движения частиц. При этом масса шарика (В-7) не изменяется, а объём шарика (Г-6) уменьшается.

Ответ: 2476

[свернуть]

27. На тонкий свинцовый цилиндр нанесли очень тонкий слой золота. Затем этот цилиндр поместили в печь при температуре 200 ºС на 10 дней. После этого цилиндр разрезали на тонкие диски и увидели, что свинец проник в золото, а золото – в свинец. Какое явление наблюдалось в этом случае?

1) броуновское движение
2) атмосферное давление
3) теплопроводность
4) диффузия

Нажмите, чтобы увидеть решение

В данном процессе наблюдалось явление диффузии — взаимного проникновения частиц золота и свинца в промежутки между ними.

Ответ: 4

[свернуть]

28. Где сливки на молоке будут отстаиваться быстрее: в тёплой комнате или в холодильнике? Почему?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: сливки будут быстрее отстаиваться в холодильнике.

Пояснение. Сливки —  это мелкие капельки молочного жира, которые подвержены броуновскому движению. При понижении температуры броуновское движение замедляется, значит капельки молочного жира замедляются и слипаются. А поскольку плотность молочного жира меньше плотности воды, он всплывает на поверхность. При этом уменьшение скорости движения молекул приводит к уменьшению сопротивления при движении капелек жира.

[свернуть]

29. Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком случае вода остынет в большей степени: 1) если подождать 5 минут, а потом долить в стакан холодную воду; 2) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 минут? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: в первом случае вода остынет в большей степени.

Пояснение: скорость охлаждения уменьшается с уменьшением разности температур нагретого тела и окружающего воздуха. Поэтому если сразу влить в горячую воду холодную, дальнейшее остывание будет проходить медленнее.

[свернуть]

Скачать файл с заданиями открытого банка ФИПИ Тепловое движение атомов и молекул. Связь температуры вещества со скоростью хаотического движения частиц. Броуновское движение. Диффузия. Взаимодействие молекул (1211 Загрузок )