Конспект урока по теме «Броуновское движение. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах»
план-конспект урока по физике (7 класс)

Урок №

Тема урока «Броуновское движение. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах»

Цели урока:

• образовательные: дать объяснение процесса диффузии и броуновского движения, раскрыть особенности этих явлений.
• воспитательные: воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий и интерес к изучаемому предмету; развитие коммуникативных способностей учащихся, при работе в группах.
• развивающие: развивать умения наблюдать, сравнивать, сопоставлять и обобщать результаты экспериментов; развитие воображения, логического мышления и зрительной памяти; развитие монологической речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке.

Задачи урока: сформировать понятие о диффузии в жидкостях, твердых телах и газах и броуновском движении; в целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента и наблюдений в физике; развивать умения выделять общие признаки явлений.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: пузырек с духами; модель хаотического движения молекул; набор пробирок; вода; медный купорос.

Ход урока

I. Организационный момент 

II. Повторение 

1. Объясните увеличение (уменьшение) объема тела при нагревании (охлаждении) с помощью гипотезы о строении вещества.

Ответ Все тела состоят из мельчайших частиц, между которыми существуют промежутки. При нагревании и охлаждении тел их размеры изменяются в связи с тем, что частицы удаляются друг от друга или сближаются друг к другу.

2. Как проверить достоверность гипотезы?  Почему все тела нам кажутся сплошными? Ответ Частицы вещества очень малы и не видны невооруженным глазом.
3. Что такое молекула?  

Ответ Молекула – мельчайшая частицы вещества, сохраняющая его химические свойства.

4) Отличаются ли между собой молекулы одного и того же вещества?

    Ответ Молекулы одного и того же вещества одинаковы и не зависят от состояния вещества.

                                                             Самостоятельная работа.

I вариант

1.        Выберите верное утверждение.

А. Только твердые тела, состоят из молекул.

Б. Только жидкости состоят из молекул.

В. Только газы состоят из молекул.

Г. Все тела состоят из молекул.

2.        Отличается ли чем-нибудь молекулы твердого йода и молекулы
газообразного йода.

А. Не отличаются.

Б. Отличаются формой.

В. Отличаются числом атомов.

Г. Молекулы твердого тела больше молекул газа.

Д. Молекулы твердого тела меньше молекул газа.

3.        Промежутки между молекулами жидкости и молекулами твердого
тела при одной и той же температуре...

А. Одинаковы.

Б. Неодинаковы: промежутки между молекулами жидкости больше, чем между молекулами твердого тела.

В. Неодинаковы: промежутки между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами твердого тела.

Г. Неодинаковы: промежутки между молекулами жидкости могут быть и больше и меньше, чем между молекулами твердого тела.

4.        Можно ли утверждать, что объем водорода в воздушном шаре ра-
вен сумме объемов отдельных молекул водорода?

А. Да, объем водорода в воздушном шаре равен сумме объемов отдельных молекул водорода. Б. Нет, объем водорода в воздушном шаре не равен сумме объемов отдельных молекул водорода, так как есть промежутки между молекулами.

5.        Есть ли отличие между молекулами холодного молока и молекулами горячего молока?

A.        Молекулы холодного молока больше, чем молекулы горячего.
Б. Молекулы холодного молока меньше, чем молекулы горячего.

B.        Молекулы одинаковы.

II вариант

1. Мельчайшей частицей вещества является...

А. Элементарная частица.

Б. Атом.

В. Молекула.

2. Отличается ли чем-нибудь молекулы водяного пара от молекулы воды?

А. Отличаются формой.

Б. Молекулы пара больше молекул жидкости.

В. Молекулы пара меньше молекул жидкости.

Г. Отличаются числом атомов.

Д. Не отличаются.

3.        Промежутки между молекулами твердого тела и молекулами газа при одной и той же температуре...

А. Неодинаковы: промежутки между молекулами твердого тела больше, чем между молекулами газа.

Б. Неодинаковы: промежутки между молекулами твердого тела меньше, чем между молекулами газа.

В. Неодинаковы: промежутки между молекулами твердого тела могут быть и больше и меньше, чем между молекулами газа.

Г. Одинаковы.

4.        В стакан, наполненный до краев чаем, осторожно всыпали полную чайную ложку сахарного песка, и чай не перелился через края стакана. Почему?

А. Сахар испарился.

Б. Чай, заполненный сахарным песком, раздвинул стенки стакана.

В. Молекулы сахара заняли промежутки между молекулами воды.

Г. Молекулы воды стали меньше размером, и освободившееся пространство заполнили молекулы сахара.

5.        Есть ли отличие между молекулами серебра в ложке, опущенной в горячий чай, и в ложке, лежащей на столе?

А. Нет, молекулы одинаковы.

Б. Молекулы серебра горячей ложки меньше, чем молекулы серебра холодной.

В. Молекулы серебра холодной ложки меньше, чем молекулы серебра горячей.

ПI. Изучение нового материала

Один опыт я ценю выше тысячи  мнений, рождённых воображением

Михаил Васильевич Ломоносов

В данной теме продолжается ознакомление с первоначальными сведениями о строении вещества.

Молекулы – мельчайшие частицы вещества. Эти частицы настолько малы, что мы не в состоянии увидеть их невооруженным глазом, поэтому, все тела кажутся сплошными. Однако было доказано с помощью опытов, что тела состоят из малых частиц. Как оказалось, молекулы не стоят на месте, а постоянно находятся в беспорядочном движении. Возникает вопрос: как это частички вещества могут находиться в непрерывном движении, если, например, стол сохраняет свою форму, и никакого движения не происходит? Стакан, чайник, карандаш – да любое твердое тело сохраняет свою форму неизменной. Как же может быть, что молекулы внутри этих тел двигаются? Это подтверждается наблюдениями и опытами. Впервые такое предположение было высказано Робертом Броуном в 1827 г.

Как-то раз он разглядывал в капле воды под микроскопом споры растений. Внезапно Броун увидел, что мельчайшие твердые крупинки, которые едва можно было разглядеть в капле воды, непрерывно дрожат и передвигаются с места на место. Он установил, что эти движения, никак не связаны ни с потоками в жидкости, ни с ее постепенным испарением, а присущи самим частичкам. Если проследить за одной частицей, то можно убедиться, что её движение совершенно хаотично и её траекторию невозможно предугадать. Частицы, двигающиеся таким образом, стали называть броуновскими, да и само движение было названо броуновским.

Происходит это вот из-за чего: молекулы, беспорядочно двигаясь, постоянно ударяют по броуновским частицам. Это приводит к тому, что частица постоянно смещается в разные стороны. При увеличении температуры молекулы начинают двигаться быстрее, соответственно, чаще ударяя броуновскую частицу, в результате чего эта частица тоже начинает двигаться быстрее. Самих молекул не видно при использовании обычного микроскопа, поэтому создается впечатление, будто бы броуновские частицы движутся сами по себе. Понять это можно, вот каким способом: если представить, что дети играют в огромный мяч, который толкают друг другу. Стороннему наблюдателю, находящемуся на большом расстоянии будет казаться, что мяч двигается сам по себе, поскольку издалека детей видно не будет. Точно также и молекулы ударяют по броуновским частицам, заставляя их хаотически двигаться.

Именно тем, что молекулы постоянно находятся в движении, объясняется такое явление, как диффузия. Рассмотрим примеры диффузии. Например, это распространение запахов. Если открыть духи, то почти сразу можно почувствовать приятный запах. Также, если распылить какую-то едкую жидкость, немедленно можно почувствовать неприятный запах.

Каким же образом это происходит? Молекулы того или иного газа находятся в беспорядочном движении, как и молекулы воздуха. Постепенно они начинают перемешиваться, то есть, молекулы данного газа проникают в пространство между молекулами воздуха, и наоборот. Таким образом, через некоторое время часть молекул попадает в нос человеку, и он чувствует запах. Опираясь на бытовой опыт можно сделать вывод, что диффузия в газах происходит довольно быстро.

Тогда возникает вопрос: может ли диффузия происходить в жидкостях? Несомненно. В предыдущей теме был проведен опыт по окрашиванию воды. Каким образом вода окрасилась? Когда краска попала в воду, молекулы краски начали проникать в пространство между молекулами воды, и наоборот. В итоге, вода равномерно окрасилась. Можно отметить, что подобные явления окружают нас каждый день. Например, явлением диффузии является заварка чая или кофе.

Когда чай или кофе заливается кипятком, вода постепенно окрашивается. Важно отметить, что если вода недостаточно горячая, то и чай, и кофе будут плохо завариваться, значительно медленнее, чем обычно. Из этого следует вывод: повышение температуры способствует ускорению диффузии. И наоборот, понижение температуры замедляет диффузию.

Вопрос: в твердых телах может происходить диффузия? Припаркованная машина может стоять на асфальте, но при этом не перемешиваются, же её шины с дорожным покрытием. Люди ходят в одежде, сидят на стуле и так далее, но никакого перемешивания не происходит. Не надо спешить с выводами. Дело в том, что диффузия в твердых телах проходит очень медленно, поэтому ссылаться на повседневный опыт не стоит. Тем не менее, существует ряд успешных экспериментов, подтверждающих, что диффузия проходит и в твердых телах. Например, если очень хорошо отполировать пластины свинца и золота и приложить их друг к другу, хорошенько придавив, то процесс диффузии будет происходить. Для того, чтобы свинец проник в золото всего на один миллиметр, понадобиться приблизительно 5 лет.

Другим примером является похожий эксперимент, который был проведен Уильямом Робертсом-Остином – английским металлургом XIX века.

Он использовал ту же идею: нанес слой золота на один из концов свинцового цилиндра. После этого он поместил цилиндр в печь, и продержал его там около десяти дней при температуре примерно 200 градусов Цельсия. После этого Робертс-Остин разрезал цилиндр на тонкие диски, чтобы измерить, насколько золото проникло в свинец. Оказалось, что в том конце, где был чистый свинец, появилось вполне измеримое количество золота. И, наоборот, - в золото проник свинец. Этот опыт, в сравнении с предыдущим, отлично демонстрирует, насколько сильно температура влияет на скорость протекания диффузии.

Упражнения.

Упражнение 1. Определите, что из перечисленных примеров является примером диффузии.

Решение:

На рисунках представлено три процесса: переливание жидкости из одного сосуда в другой, нагревание жидкости и растворение кусочка сахара в чае. В каких случаях можно говорить о диффузии? Диффузия – это явление самопроизвольного взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого. Когда жидкость переливается из одной емкости в другую, то происходит простое разделение вещества, не перемешивая его молекулы с какими-то другими молекулами. Поэтому, первый случай не является примером диффузии. Нагревание жидкости – это тоже не пример диффузии. Несомненно, диффузия ускоряется с повышением температуры. Но здесь речь идет только об одной жидкости, а диффузия, по смыслу, может происходить только при участии двух и более веществ. В третьем примере, конечно, имеет место диффузия, ведь, молекулы сахара проникли в пространство между молекулами воды, таким образом, образовав раствор.

Упражнение 2. Определите, в каком случае диффузия будет происходить быстрее всего.

Решение:

На рисунке изображены три разные ситуации. В каком случае диффузия произойдет быстрее? На рисунках представлен пример диффузии твердых тел и два примера диффузии жидкостей. В твердых телах диффузия происходит гораздо дольше, чем в жидкостях и, тем более, газах. Поэтому, с уверенностью можно говорить, что в первом случае диффузия будет происходить медленнее всего. В двух других случаях представлены примеры диффузии воды и масла. В одном из случаев, речь идет о воде комнатной температуры, а в другом – о кипящей воде. Поскольку более высокая температура способствует ускорению диффузии, можно сказать, что во втором случае диффузия будет происходить быстрее всего.

Основные выводы:

– Броуновское движение – это явление беспорядочного движения молекул.

– Диффузия – это явление, при котором происходит самопроизвольное взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого вещества.

– Диффузия довольно быстро протекает в газах и немного медленнее в жидкостях.

– В твердых телах диффузия протекает очень медленно.

– Диффузия происходит быстрее при более высокой температуре.

IV.        Решение задач

Теперь давайте попытаемся использовать наши знания при решении задач. Объясните следующие ситуации на основе связи температуры тела и скорости движения молекул.

1. Лужи быстрее высыхают на солнце, чем в тени.
2. Белье быстрее сохнет на ветру.
3. На поверхности молока, налитого в сосуд, через некоторое время образуются сливки. Это жир, входящий в состав молока, собирается капельками и всплывает на поверхность. Сливки в холодильнике отстаиваются быстрее, чем в теплом помещении.
4. Запах березового веника в жаркой бане распространяется быстрее, чем в прохладной комнате.
5. Огурцы быстрее просаливаются в горячей воде, чем в холодной.
6. При использовании фена волосы высыхают тем быстрее, чем теплее воздух.
7. Грибы около плиты высыхают, а забытые в корзине — гниют.

V.        Закрепление изученного мтериала
Физический диктант

Предлагается ряд утверждений, ученики записывают под соответствующим номером «да», если считают утверждение верным, или «нет», если считают его неверным:

I вариант

1. Вещество состоит из мельчайших частиц, едва различимых невооруженным глазом (нет).
2. Объем газа при нагревании увеличивается, так как каждая молекула становится больше по размеру (нет).
3. Пленка масла, растекаясь по поверхности воды, может занять любую площадь (нет).

4.Молекулы воды точно такие же, как и молекулы льда (да).

5.        Атомы состоят из молекул (нет).
II вариант

1. Объем тела при нагревании уменьшается (нет).
2. Объем жидкости при охлаждении уменьшается, так как промежутки между молекулами становятся меньше (да).
3. При сжатии газа уменьшается размер молекул (нет).
4. Молекулы водяного пара отличаются от молекул воды (нет).
5. Газом из двухлитрового сосуда можно заполнить четырехлитровый сосуд (да).

VI. Итог урока

Процессы диффузии имеют очень большое значение в природе. Дыхание животных и растений, проникновение кислорода из крови в ткани — все это диффузия.

Можно сделать вывод: чем горячее тело, тем больше скорость молекул; чем холоднее тело, тем меньше скорость молекул.

Слова горячее, холодное, теплое характеризуют тепловое состояние тел. Чтобы описать это состояние, необходима физическая величина — температура. Температура измеряется термометром.

В конце урока можно продемонстрировать различные виды термометров, используемых для разных целей.

Домашнее задание

§9, 10; вопросы к параграфу.

Экспериментальное задание:

Задание 1.

Явление диффузии можно пронаблюдать дома, имея крепкий чай и воду.

В тонкостенный стакан с водой с помощью пипетки опустите на дно несколько капель крепкого чая. Через некоторое время чай окрасит воду во всем стакане.

Взяв два стакана — с холодной и горячей водой, выясните зависимость скорости диффузии от температуры.

Задание 2.

Вместе с товарищем проделайте опыт.

Возьмите часы с секундной стрелкой, кусок шпагата, линейку (или рулетку), флакон духов и встаньте в разные углы комнаты.

Пусть ваш товарищ заметит время и откроет флакон. Вы отметьте время, когда почувствуете запах духов. Измерьте расстояние между вами и найдите скорость диффузии (опыт повторите не менее трех раз и найдите среднее значение скорости.)

Сравните скорость диффузии со средней скоростью движения молекул газа при комнатной температуре. Как можно объяснить разницу?

Дополнительный материал

Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа. А при утечке за счет диффузии газ распространяется по всему помещению. Между тем при определенном соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться, например, от зажженной спички. Газ может вызвать и отравление.

Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, на распределительных станциях горючий газ предварительно смешивают с особыми веществами, обладающими резким неприятным запахом, который легко ощущается человеком даже при весьма малой его концентрации. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить накопление газа в помещении, если образовалась утечка.