Опыт с цилиндрами взаимодействие молекул

§ 5. Взаимодействие молекул

Что называют взаимодействием тел?

Какую физическую величину называют силой?

1. Наблюдения показывают, что тела не распадаются на молекулы, их трудно растянуть или сломать.

Как это можно объяснить? Если тела не распадаются на молекулы, то очевидно, что молекулы притягиваются друг к другу. Взаимное притяжение удерживает молекулы друг около друга.

Проделаем опыт. Возьмём два свинцовых цилиндра, прижмём их друг к другу, а затем отпустим. Они разъединятся.

Теперь зачистим поверхности цилиндров и вновь прижмём их друг к другу. Цилиндры слипнутся (рис. 12). Они не разъединятся даже в том случае, если к нижнему цилиндру подвесить груз массой несколько килограммов. Этот результат можно объяснить так: цилиндры удерживаются вместе, поскольку между молекулами действуют силы притяжения.

Почему же они разъединялись до того, как их зачистили? Очевидно, поверхности цилиндров имели неровности, которые были устранены при зачистке. Поверхности стали гладкими, и это привело к уменьшению расстояний между молекулами, находящимися на поверхностях цилиндров, когда их прижали друг к другу, и к возникновению сил притяжения между молекулами.

2. Из этих рассуждений следует вывод силы притяжения между молекулами действуют на малых расстояниях. Эти расстояния равны примерно размерам молекулы. Именно поэтому нельзя, разбив чашку и соединив осколки, получить целую чашку. Если разломить палку на две части, а затем соединить их, то целая палка также не получится.

Если взять два куска пластилина и прижать их друг к другу, то они легко слипнутся. Это происходит потому, что при соединении кусков пластилина расстояния между молекулами можно сделать маленькими и между ними будут действовать силы притяжения.

3. Итак, между молекулами действуют силы взаимного притяжения. Почему же тогда молекулы не «слипаются», а между ними есть промежутки? Почему твёрдые тела и жидкости трудно сжать? Газы сжать легче, но всё равно нужно приложить для этого некоторое усилие. Очевидно, существуют силы, которые препятствуют этому сжатию, препятствуют сближению молекул. Это — силы отталкивания.

Источник

О существовании сил притяжения между молекулами

Опыт I. Опыт со свинцовыми цилиндрами

А.В. Перышкин. Физика 7, стр 30.

Техника безопасности

Нижний цилиндр подвесить к штативу на прочной нити, чтобы в случае отрыва от верхнего не поранить руку.

Цель эксперимента

Доказать существование между молекулами сил взаимного притяжения и их зависимость от расстояния между ними.

Взаимное притяжение между молекулами проявляется при малых расстояниях между ними, сравнимых с размерами самих молекул.

Оборудование:

• Свинцовые цилиндры со стругом;
• Штатив;
• Набор грузов

Описание опыта

Результаты опыта

Опыт 1. Два свинцовых цилиндра вплотную прижимаем друг к другу торцами.

Цилиндры не сцепляются вместе.

Между молекулами существуют силы притяжения. Они становятся заметными только на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул. В опыте 1 не удалось сблизить молекулы на малое расстояние, чтобы притяжения между ними были заметны.

Опыты 2 и 3 показывают, что сила притяжения между молекулами заметны при малых расстояниях между ними и они достаточно большие.

Опыт 2. а) С помощью струга зачищаем и выравниваем торцы двух свинцовых цилиндров.

б). Большим усилием прижимаем цилиндры друг к другу свежими срезами.

Цилиндры сцепляются вместе.

Опыт 3. а) За верхний крючок подвесим верхний цилиндр к штативу.

б) К нижнему цилиндру привязываем прочную нить в целях безопасности.

в) К крючку нижнего цилиндра подвешиваем грузики.

Сцепление цилиндров такое, что цилиндры не удается оторвать друг от друга даже при достаточной нагрузке.

Опыт 2. Подъём тарелки мылом

(А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9)

Техника безопасности

Осторожность при работе с жидкостью, водой.

Цель эксперимента

Доказать существование сил притяжения между молекулами воды

На простом физическом опыте можно доказать существование притяжения между молекулами воды, продемонстрировать явление смачивания

Оборудование:

• листочки бумаги -2 шт.
• стакан с водой

Описание опыта

Результаты опыта

Сухие листочки бумаги кладем друг на друга.

Листочки бумаги не прилипают друг к другу

Листочки бумаги имеют шероховатую поверхность, поэтому слабо проявляются силы молекулярного притяжения.

На сухой листочек кладем мокрый листочек бумаги.

Листочки бумаги прилипают друг к другу

Листочки бумаги смачиваются водой. Молеку­лы воды приблизятся к молекулам бумаги настолько, что межмолекулярное притяжение уже будет удерживать листы друг возле друга

Опыт 3.

(А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9)

Техника безопасности

Беречь глаза от попадания мыла.

Цель эксперимента

Доказать существование сил притяжения между молекулами воды

На простом физическом опыте можно доказать существование притяжения между молекулами воды, продемонстрировать явление смачивания

Оборудование:

Описание опыта

Результаты опыта

Прижимаем сухое мыло к сухой поверхности тарелки.

Кусок мыла легко отрывается от тарелки, тарелка остается на столе.

Взаимодействие молекул тарелка и мыла было незначительном, так как не удалось сблизить молекулы на малое расстояние.

Между тарелкой и куском мыла образовалась мыльная пена, молекулы которой максимально сблизились с молекулами тарелки, и между ними возникло взаимное притяжение, т.е. тарелка и кусок мыла «склеились».

Наливаем на тарелку воду и сразу сольем. К влажной поверхности тарелки прижимаем кусок мыла, повернем мыло несколько раз и поднимаем вверх.

Тарелка вместе с мылом отрывается от поверхности стола.

Применение рассматриваемого явления на практике.

Притяжение между молекулами на практике для человека может быть полезным и вредным.

Полезное: Пайка, склеивание, сварка.

Вредное: При складывании между полированными стеклами кладут листочки бумаги.

Смачивание:«Нановорсистые» покрытия, гидрофильные и гидрофобные материалы.

Смачивание:Эффект лотоса – эффект крайне низкой смачиваемости поверхности, который можно наблюдать на листьях и лепестках некоторых растений. Несмачиваемость крыльев насекомых. Если крылья насекомых будут смачиваться, насекомые потеряют способность к полету.

Гидрофильные и гидрофобные покрытия в животном и растительном мире.

Интересные факты в рассматриваемом явлении

1. Смочите два листочка бумаги: один – водой, другой – растительным маслом. Слипнутся ли они? Ответ обоснуйте.
2. Оба листочка бумаги смочить маслом и повторить опыт.
3. Проверить разные вещества на смачиваемость: металл и вода, парафин и вода, стекло и вода, жир и парафин и др.
4. Поставить опыты подтверждающие существование сил отталкивания.

Источник

Тема урока: «Взаимодействие молекул. Смачивание и капиллярность»

Тема урока: «Взаимодействие молекул. Смачивание и капиллярность».

Сформировать у учащихся понятие о взаимодействии молекул в ходе изложения материала по этой теме и проделывания демонстрационного эксперимента.

Сформировать у учащихся знания о явлениях смачивания (несмачивания), капил­лярности через наблюдение этих явлений на опыте.

Продолжить воспитывать у учащихся интерес к предмету с помощью актуализации знаний о практическом применении капиллярности в ходе фронтального опроса.

Продолжить развитие у учащихся внимания, логики, мышления в ходе наблюдения за выполнением демонстрационного эксперимента и формулировке выводов по нему.

Развивать творческие способности учащихся при формулировке ответов на задан­ные учителем вопросы.

1. Организационный момент (до 2 мин).

2. Повторение изученного ранее материала (13 мин).

3. Изложение нового материала (20 мин).

4. Закрепление нового материала (5-7 мин).

5. Объяснение домашнего задания, подведение итогов, выставление оценок (3 мин).

1. Учитель входит в класс, приветствует учащихся, разрешает им сесть. После этого учитель предлагает учащимся записать в тетради дату и тему урока. Учащиеся передают по рядам выполненные домашние экспериментальные задания.

2. Повторение изученного ранее материала. Учитель задает вопросы, учащиеся на них отвечают.

Учитель: Как называются частицы, из которых состоят вещества?

Ученик: Они называются молекулами.

Учитель: Как называются частицы, из которых состоят молекулы?

Ученик: Они называются атомами.

Ученик: Диффузия — явление самопроизвольного смешивания веществ.

Учитель: Какие явления показывают, что все тела состоят из мельчайших частиц, между которыми есть промежутки?

Учитель: Что является причиной диффузии?

Ученик: Причиной диффузии является непрерывное и беспорядочное движение молекул.

Учитель: Зависит ли диффузия от температуры и если да, то как?

Ученик: Скорость движения молекул зависит прямопропорционально от темпера­туры, т. е. чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его температура.

Учитель: Одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и твер­дых телах?

Ученик: Наиболее быстро она протекает в газах, медленнее в жидкостях и совсем медленно в твердых телах.Учитель: Почему так происходит?

Ученик: Это объясняется строением веществ.

Учитель: Как можно ускорить диффузию в твердых телах?

Ученик: Путем повышения температуры этих тел.

3. Изложение нового материала.

Учитель: «Ну вот и хорошо, теперь давайте перейдем к новой теме.

Мы знаем, что все тела состоят из молекул и между ними существуют промежутки. Так почему же они не распадаются на части? Более того, твердое тело, например, трудно растянуть ил сломать».

Учитель наталкивает учеников на размышление, они предлагают свои варианты объ­яснения данного явления.

Учитель: « Все дело в том, что между молекулами существует взаимное притяже­ние. Каждая молекула притягивает к себе соседние молекулы и сама притягивается к ним.

Однако если мы разломим кусочек мела на две части и снова соединим их, то они уже не будут удерживать друг друга. Почему же тогда слипаются куски замазки или пласти­лина? Как вы думаете?»

Учитель на глазах у учащихся разламывает мел и показывает учащимся, что его нельзя соединить. После этого учитель разламывает кусок пластилина и на соединяет его.

Учащиеся пытаются объяснить причину этой разницы.

Учитель: «Притяжение между молекулами становится заметным лишь тогда, когда они находятся очень близко одна от другой. Уже на расстоянии, размером несколько большем самих молекул, притяжение молекул значительно ослабевает и перестает про­являться. Ничтожно малой щели между частицами двух кусочков мела уже достаточно, чтобы притяжение между молекулами практически исчезло. А куски замазки и пласти­лина можно сблизить на такое расстояние, на котором большинство молекул начинает удерживаться силами притяжения друг возле друга. Две капли воды сливаются в одну, если они соприкасаются. Два свинцовых цилиндра сцепляются вместе, если их вплот­ную прижать друг к другу ровными, только что срезанными поверхностями. При этом сцепление может быть настолько прочным, что цилиндры не удается оторвать друг от друга даже при большой нагрузке.

Давайте убедимся в этом на опыте.

Демонстрация «Слипание двух свинцовых цилиндров с ровными

Цель: показать на опыте взаимодействие между молекулами свинца. Оборудование: два свинцовых цилиндра, нож, штатив, набор грузов. Сопроводительный текст: «Попробуем соединить два свинцовых цилиндра, ничего не получается. Но если их поверхности зачистить, то они очень прочно соединяются.

Подвесим их на штатив и будем подвешивать к ним грузы.

Вы видите, что грузы разрываются при большой нагрузке. Как вы считаете, почему это происходит?»

Учащиеся делают вывод по проделанному опыту.

Учитель: «Пометьте себе в тетрадях: «Между молекулами существует взаимное при­тяжение. Это притяжение заметно проявляется лишь на расстояниях, которые сравнимы с размерами самих молекул».

Но тогда возникает вопрос: почему существуют промежутки между молекулами? Ка­залось бы, молекулы должны притянуться друг к другу и слипнуться. Почему же этого не происходит?»

Учащиеся пытаются ответить на поставленный вопрос.

Учитель: «Не происходит этого потому, что между молекулами одновременно с при­тяжением существует и отталкивание. При сближении молекул до расстояний, сравни­мых с размерами самих молекул, сначала начинает проявляться притяжение, а при даль­нейшем сближении — отталкивание молекул, которое начинает преобладать над притя­жением. Т. е. между молекулами кроме сил притяжения существуют силы отталкивания. Именно отталкиванием молекул друг от друга обусловлено то, что многие сжатые предметы распрямляются. При сжатии этих тел мы так сближаем их молекулы, что от­талкивание оказывается сильнее их взаимного притяжения».

Как пример, учитель показывает деформацию пружины.

Учитель: « Итак, молекулы вещества взаимодействуют друг с другом. На расстоя­ниях, сравнимых с размерами молекул (атомов), заметнее проявляется притяже­ние, а при дальнейшем сближении — отталкивание.

Притяжением молекул друг к другу можно объяснить смачивание жидкостью поверх­ности твердого тела».

Демонстрация «Смачивание жидкостью поверхности твердого тела».

Цель: показать на опыте смачивание жидкостью твердого тела.

Оборудование: сосуд с водой, пружина, стеклянная и железная пластины. Сопроводительный текст: «Опускаем пластинку на пружине на поверхность воды. Когда пластина коснется воды, начнем поднимать ее вместе с пружиной вверх, мы уви­дим, что пластина как бы прилипла к воде и продолжает оставаться на ее поверхности, несмотря на то, что пружина растягивается все сильнее и сильнее. Когда сила упругости пружины превысит силу межмолекулярного притяжения, удерживающую пластину на поверхности воды, пластина оторвется от воды. При этом на нижней поверхности пла­стины останется тонкий слой воды.

Наличие этого слоя на стекле говорит о том, что разрыв произошел не в местах сопри­косновения молекул воды с молекулами стекла, а там, где молекулы воды соприкасались друг с другом. Отсюда следует, что сила притяжения молекул воды друг к другу слабее силы притяжения молекул воды к стеклу.

В тех случаях, когда молекулы жидкости притягиваются к молекулам твердого тела сильнее, чем друг к другу, жидкость растекается по твердому телу и образует на его поверхности тонкую пленку. Растекание жидкости по поверхности твердого тела назы­вают смачиванием этого тела.

Так, например, вода смачивает стекло, дерево, кожу и многие другие вещества.

Во многих случаях вода может и не смачивать тела. Например, если опустить в воду кусочек воска или парафина, а затем вынуть, то он окажется сухим. Всем хорошо из­вестно, что вода не смачивает и жирные поверхности тел.

Несмачиваемость объясняется тем, что молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам твердого тела.

В быту мы часто сталкиваемся с явлениями смачивания и несмачивания.

Подумайте, где — же мы встречаемся с этими явлениями?»

Ученики перечисляют случаи, когда эти явления встречаются в жизни.

Учитель: «Смачиванием обусловлено такое явление, как капиллярность.

Записывайте: Капиллярность заключается в том, что под действием молекулярных сил смачивающая жидкость поднимается вверх по тонким трубкам, называемым капилляра­ми.

4. Закрепление нового материала.

Учитель: Как взаимодействуют между собой молекулы?

Ученик: Молекулы вещества взаимодействуют друг с другом. На расстояниях, сравнимых с размерами молекул (атомов), заметнее проявляется притяжение, а при даль­нейшем сближении — отталкивание.

Учитель: Молекулы притягиваются друг к другу, почему же между ними сущест­вуют промежутки?

Ученик: Потому что на ряду с силой притяжения существует сила отталкивания.

Учитель: Когда действует притяжение, а когда отталкивание между молекулами?

Ученик: Если расстояние между молекулами становится меньше их размеров, то в этом случае действует сила отталкивания, в противном случае сила притяжения.

Учитель: Какое явление, наблюдаемое в природе, основано на притяжении моле­кул твердого тела и жидкости?

Ученик: Смачивание. Растекание жидкости по поверхности твердого тела называ­ют смачиванием этого тела.

Учитель: Приведите примеры жидкостей, смачивающих и несмачивающих те или иные тела?

Ученик: вода смачивает стекло, дерево, кожу и многие другие вещества, не смачи­вает воск и парафин. Вода не смачивает также все жирные поверхности. Не смачивается ртутью стекло и чугун. А вот золото и цинк ртутью смачиваются.

Учитель: Почему маленькие капли росы на листьях некоторых растений имеют форму шариков, тогда, как на листьях других растений роса растекается тонким слоем?

Ученик: Листья одних растений смачиваются, а других нет.

Учитель: Для чего водоплавающие птицы смазывают свои перья жиром?

Ученик: Водоплавающие птицы смазывают при помощи клюва свои перья жиром, выделяемым особой железой. Поэтому их перья не смачиваются водой, а пух, находя­щийся под перьями, остается сухим. Благодаря этому птица не мерзнет в холодной воде и удерживается на ее поверхности.

5. Учитель подводит итог, оглашает оценки за урок ученикам, активно работав­шим на уроке. Учитель поясняет домашнее задание.

Источник