Яка відстань між молекулами у твердому стані. Відстань між молекулами і сили, що діють між ними, визначають властивості газоподібних, рідких і твердих тіл.

Розглянемо, як змінюється залежно від відстані між молекулами проекція результуючої сили взаємодії з-поміж них на пряму, що з'єднує центри молекул. Якщо молекули перебувають у відстанях, перевищують їх розміри у кілька разів, то сили взаємодії з-поміж них мало позначаються. Сили взаємодії між молекулами короткодіючі.

На відстанях, що перевищують 2-3 діаметри молекул, сила відштовхування практично дорівнює нулю. Помітна лише сила тяжіння. У міру зменшення відстані сила тяжіння зростає і одночасно починає позначатися сила відштовхування. Ця сила швидко збільшується, коли електронні оболонки молекул починають перекриватися.

На малюнку 2.10 графічно зображено залежність проекції F r сили взаємодії молекул від відстані між їхніми центрами На відстані r 0 приблизно рівному сумі радіусів молекул, F r = 0 , оскільки сила тяжіння дорівнює модулю силі відштовхування. При r > r 0 між молекулами діє сила тяжіння. Проекція сили, що діє праву молекулу, негативна. При r < r 0 діє сила відштовхування з позитивним значенням проекції F r .

Походження сил пружності

Залежність сил взаємодії молекул від відстані між ними пояснює появу сили пружності при стисканні та розтягуванні тіл. Якщо намагатися зблизити молекули на відстань менше г0, то починає діяти сила, що перешкоджає зближенню. Навпаки, при видаленні молекул одна від одної діє сила тяжіння, що повертає молекули у вихідні положення після припинення зовнішнього впливу.

При малому зміщенні молекул з положень рівноваги сили тяжіння чи відштовхування ростуть лінійно зі збільшенням усунення. На малій ділянці криву можна вважати відрізком прямої (потовщена ділянка кривої на рис. 2.10). Саме тому за малих деформацій виявляється справедливим закон Гука, за яким сила пружності пропорційна деформації. При великих усуненнях молекул закон Гука вже несправедливий.

Оскільки при деформації тіла змінюються відстані між усіма молекулами, то частку сусідніх верств молекул припадає незначна частина загальної деформації. Тому закон Гука виконується при деформаціях, що в мільйони разів перевищують розміри молекул.

Атомно-силовий мікроскоп

На дії сил відштовхування між атомами та молекулами на малих відстанях заснований пристрій атомно-силового мікроскопа (АСМ). Цей мікроскоп на відміну від тунельного дозволяє отримувати зображення поверхонь, що не проводять електричний струм. Замість вольфрамового вістря в АСМ використовують невеликий уламок алмазу, загострений до атомних розмірів. Цей уламок закріплюється на тонкому металевому утримувачі. При зближенні вістря з досліджуваною поверхнею електронні хмари атомів алмазу та поверхні починають перекриватися та виникають сили відштовхування. Ці сили відхиляють кінчик алмазного вістря. Відхилення реєструється за допомогою лазерного променя, що відбивається від дзеркальця, закріпленого на утримувачі. Відбитий промінь приводить у дію п'єзоелектричний маніпулятор, аналогічний маніпулятор тунельного мікроскопа. Механізм зворотного зв'язку забезпечує таку висоту алмазної голки над поверхнею, щоб згинання пластини тримача залишався незмінним.

На малюнку 2.11 ви бачите зображення полімерних ланцюгів амінокислоти аланіну, одержане за допомогою АСМ. Кожен горбок є однією молекулою амінокислоти.

В даний час сконструйовано атомні мікроскопи, пристрій яких заснований на дії молекулярних сил тяжіння на відстанях, що в кілька разів перевищують розміри атома. Ці сили приблизно в 1000 разів менші від сил відштовхування в АСМ. Тому застосовується складніша чутлива система для реєстрації сил.

Атоми та молекули складаються з електрично заряджених частинок. Завдяки дії електричних сил на малих відстанях молекули притягуються, але починають відштовхуватись, коли електронні оболонки атомів перекриваються.

Відстань між молекулами можна порівняти з розмірами молекул (за нормальних умов) для

1. рідин, аморфних та кристалічних тіл

   газів та рідин

   газів, рідин та кристалічних тіл

У газах за нормальних умов середня відстань між молекулами

1. приблизно дорівнює діаметру молекули

   менше діаметра молекули

   приблизно в 10 разів більше діаметра молекули

   залежить від температури газу

Найменша впорядкованість у розташуванні частинок характерна для

1. рідин

   кристалічних тіл

   аморфних тіл

Відстань між сусідніми частинками речовини в середньому у багато разів перевищує розмір самих частинок. Це твердження відповідає моделі

1. тільки моделі будови газів

   тільки моделі будови аморфних тіл

   моделям будови газів та рідин

   моделям будови газів, рідин та твердих тіл

У процесі переходу води з рідкого стану в кристалічний

1. збільшується відстань між молекулами

   молекули починають притягуватися одна до одної

   збільшується впорядкованість у розташуванні молекул

   зменшується відстань між молекулами

При постійному тиску концентрація молекул газу збільшилася вп'ятеро, яке маса не змінилася. Середня кінетична енергія поступального руху молекул газу

1. не змінилась

   збільшилась у 5 разів

   зменшилась у 5 разів

   збільшилася в корінь із п'яти разів

У таблиці наведені температури плавлення та кипіння деяких речовин:

речовина	Температура кипіння	речовина	Температура плавлення
		нафталін

Виберіть правильне затвердження.

Температура плавлення ртуті більша за температуру кипіння ефіру

Температура кипіння спирту менша за температуру плавлення ртуті.

Температура кипіння спирту більша за температуру плавлення нафталіну.

Температура кипіння ефіру менша за температуру плавлення нафталіну

Температура твердого тіла знизилася на 17 °С. За абсолютною шкалою температур ця зміна склала

1) 290 До 2) 256 До 3) 17 До 4) 0 До

9. У посудині постійного обсягу знаходиться ідеальний газ у кількості 2 моль. Як треба змінити абсолютну температуру судини з газом при випуску з посудини 1 моль газу, щоб тиск газу на стінки судини збільшився у 2 рази?

1) збільшити у 2 рази 3) збільшити у 4 рази

2) зменшити у 2 рази 4) зменшити у 4 рази

10. При температурі Т і тиску р один моль ідеального газу займає об'єм V. Який обсяг цього газу, взятого в кількості 2 моль, при тиску 2р і температурі 2Т?

1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V

11. Температура водню, взятого в кількості 3 моль, у посудині дорівнює Т. Яка температура кисню, взятого в кількості 3 моль, у посудині того ж обсягу і при тому ж тиску?

1) Т 2) 8Т 3) 24 Т 4) Т/8

12. У посудині, закритій поршнем, знаходиться ідеальний газ. p align="justify"> Графік залежності тиску газу від температури при змінах його стану представлений на малюнку. Якому стану газу відповідає найменше значення обсягу?

1) А 2) В 3) З 4) D

13. У посудині постійного обсягу знаходиться ідеальний газ, масу якого змінюють. На діаграмі показано процес зміни стану газу. У якій із точок діаграми маса газу найбільша?

1) А 2) В 3) З 4) D

14. При одній і тій же температурі насичена пара в закритій посудині відрізняється від ненасиченої пари в такій же посудині

1) тиском

2) швидкістю руху молекул

3) середньою енергією хаотичного руху молекул

4) відсутністю домішки сторонніх газів

15. Якій точці на діаграмі відповідає максимальний тиск газу?

не можна дати точну відповідь

17. Повітряна куля об'ємом 2500 м3 з масою оболонки 400 кг має внизу отвір, через яке повітря в кулі нагрівається пальником. До якої мінімальної температури потрібно нагріти повітря в кулі, щоб куля злетіла разом з вантажем (кошиком та повітроплавцем) масою 200 кг? Температура навколишнього повітря 7ºС, його густина 1,2 кг на куб.м. Оболонку кулі вважати нерозтяжною.

МКТ та термодинаміка

МКТ та термодинаміка

За даним розділом кожен варіант було включено п'ять завдань з вибором

відповіді, з яких 4 – базового рівня та 1 – підвищеного. За результатами іспиту

засвоєними виявилися такі елементи змісту:

Застосування рівняння Менделєєва-Клапейрона;

Залежність тиску газу від концентрації молекул та температури;

Кількість теплоти при нагріванні та охолодженні (розрахунок);

Особливості теплопередачі;

Відносна вологість повітря (розрахунок);

Робота у термодинаміці (графік);

Застосування рівняння стану газу.

Серед завдань базового рівня скрути викликали такі питання:

1) Зміна внутрішньої енергії в різних ізопроцесах (наприклад, при

ізохорному збільшенні тиску) – 50% виконання.

2) Графіки ізопроцесів - 56%.

Приклад 5.

Постійна маса ідеального газу бере участь у процесі, показаному

на малюнку. Найбільшого тиску газу в процесі досягається

1) у точці 1

2) на всьому відрізку 1–2

3) у точці 3

4) на всьому відрізку 2-3

Відповідь: 1

3) Визначення вологості повітря – 50%. Ці завдання містили фотографію

психрометра, за якою необхідно було зняти показання сухого та вологого

термометрів, а потім визначити вологість повітря, скориставшись частиною

психрометричної таблиці, наведеної у завданні.

4) Застосування першого закону термодинаміки. Ці завдання виявилися найбільш

складними серед завдань базового рівня з цього розділу – 45%. Тут

необхідно було скористатися графіком, визначити вид ізопроцесу

(використовувалися або ізотерми, або ізохори) і відповідно

визначити один із параметрів по заданому іншому.

Серед завдань підвищеного рівня були представлені розрахункові завдання на

застосування рівняння стану газу, з якими впоралося в середньому 54%

учнів, а також завдання, що використовуються раніше, на визначення зміни

параметрів ідеального газу у довільному процесі. З ними успішно справляється

лише група потужних випускників, а середній відсоток виконання становив 45%.

Одне з таких завдань наведено нижче.

Приклад 6

У посудині, закритій поршнем, знаходиться ідеальний газ. Процес

зміни стану газу показано на діаграмі (див. рисунок). Як

змінювався обсяг газу при його переході зі стану А в стан?

1) постійно збільшувався

2) весь час зменшувався

3) спочатку збільшувався, потім зменшувався

4) спочатку зменшувався, потім збільшувався

Відповідь: 1

Види діяльності Кількість

завдань %

фотографій2 10-12 25,0-30,0

4. ФІЗИКА

4.1. Характеристика контрольних вимірювальних матеріалів з фізики

2007 року

Екзаменаційна робота для єдиного державного іспиту у 2007 р. мала

ту саму структуру, що протягом двох попередніх років. Вона складалася з 40 завдань,

різняться формою уявлення та рівнем складності. В першу частину роботи

було включено 30 завдань із вибором відповіді, де до кожного завдання наводилося

чотири варіанти відповіді, з яких вірним був лише один. Друга частина містила 4

завдання з короткою відповіддю. Вони були розрахунковими завданнями, після вирішення

яких потрібно було привести у вигляді числа. Третя частина екзаменаційної

роботи - це 6 розрахункових завдань, до яких необхідно було привести повне

розгорнуте рішення. Загальний час виконання роботи становив 210 хвилин.

Кодифікатор елементів змісту освіти та специфікація

екзаменаційної роботи було складено на основі Обов'язкового мінімуму

1999 р. № 56) та враховували Федеральний компонент державного стандарту

середньої (повної) освіти з фізики, профільний рівень (Наказ МО від 5

березня 2004 р. № 1089). Кодифікатор елементів змісту не зазнав змін щодо

порівняно з 2006 р. і включав лише ті елементи, які одночасно

присутні як у Федеральному компоненті державного стандарту

(профільний рівень, 2004 р.), так і в обов'язковому мінімумі змісту

освіти 1999

Порівняно з контрольними вимірювальними матеріалами 2006 р.

ЄДІ 2007 р. було внесено дві зміни. Перше з них полягало у перерозподілі

завдань у першій частині роботи за тематичною ознакою. Незалежно від складності

(базовий або підвищений рівні), спочатку слідували всі завдання з механіки, потім

з МКТ та термодинаміки, електродинаміки і, нарешті, з квантової фізики. Друге

зміна стосувалася цілеспрямованого введення завдань, які перевіряють

сформованість методологічних умінь. У 2007 р. завдання А30 перевіряли вміння

аналізувати результати експериментальних досліджень, виражених у вигляді

таблиці чи графіка, і навіть будувати графіки за результатами експерименту. Підбір

завдань для лінії А30 здійснювався виходячи з необхідності перевірки даної

серії варіантів одного виду діяльності та, відповідно, незалежно від

тематичної приналежності конкретного завдання.

В екзаменаційній роботі було представлено завдання базового, підвищеного

та високого рівнів складності. Завдання базового рівня перевіряли засвоєння найбільш

важливих фізичних понять та законів. Завдання підвищеного рівня контролювали

вміння використовувати ці поняття та закони для аналізу більш складних процесів або

вміння вирішувати завдання на застосування одного-двох законів (формул) за будь-яким

тем шкільного курсу фізики. Завдання високого рівня складності – це розрахункові

завдання, що відображають рівень вимог до вступних іспитів до вузів та

вимагають застосування знань відразу з двох-трьох розділів фізики у зміненій або

нову ситуацію.

У КІМ 2007 р. були включені завдання з усіх основних змістовних

розділів курсу фізики:

1) «Механіка» (кінематика, динаміка, статика, закони збереження в механіці,

механічні коливання та хвилі);

2) «Молекулярна фізика. Термодинаміка»;

3) «Електродинаміка» (електростатика, постійний струм, магнітне поле,

електромагнітна індукція, електромагнітні коливання та хвилі, оптика);

4) «Квантова фізика» (елементи СТО, корпускулярно-хвильовий дуалізм, фізика

атома, фізика атомного ядра).

У таблиці 4.1 показано розподіл завдань з блоків утримання в кожній

із частин екзаменаційної роботи.

Таблиця 4.1

в залежності від типу завдань

Вся робота

(з вибором

(з коротким

завдань % К-ть

завдань % К-ть

завдань %

1 Механіка 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0

2 МКТ та термодинаміка 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0

3 Електродинаміка 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5

4 Квантова фізика та

СТО 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 - - 1-2 2,5-5,0

У таблиці 4.2 показано розподіл завдань по блоках утримання

залежно від рівня складності.

Таблиця4.2

Розподіл завдань з розділів курсу фізики

залежно від рівня складності

Вся робота

Базовий рівень

(з вибором

Підвищений

(з вибором відповіді

та коротким

Високий рівень

(з розгорнутим

Розділ відповіддю)

завдань % К-ть

завдань % К-ть

завдань % К-ть

завдань %

1 Механіка 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0

2 МКТ та термодинаміка 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0

3 Електродинаміка 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5

4 Квантова фізика та

СТО 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0

Під час розробки змісту екзаменаційної роботи враховувалася

необхідність перевірки оволодіння різними видами діяльності. При цьому

завдання кожної із серії варіантів підбиралися з урахуванням розподілу за видами

діяльності, поданому у таблиці 4.3.

1 Зміна числа завдань за кожною з тем пов'язана з різною тематикою комплексних завдань С6 та

завдань А30, які перевіряють методологічні вміння на матеріалі різних розділів фізики,

різних варіантів серії.

Таблиця4.3

Розподіл завдань за видами діяльності

Види діяльності Кількість

завдань %

1 Розуміти фізичний зміст моделей, понять, величин 4-5 10,0-12,5

2 Пояснювати фізичні явища, розрізняти вплив різних

факторів на перебіг явищ, прояви явищ у природі або

їх використання в технічних пристроях та повсякденному житті

3 Застосовувати закони фізики (формули) для аналізу процесів на

якісному рівні 6-8 15,0-20,0

4 Застосовувати закони фізики (формули) для аналізу процесів на

розрахунковому рівні 10-12 25,0-30,0

5 Аналізувати результати експериментальних досліджень 1-2 2,5-5,0

6 Аналізувати відомості, одержувані з графіків, таблиць, схем,

фотографій2 10-12 25,0-30,0

7 Розв'язувати задачі різного рівня складності 13-14 32,5-35,0

Усі завдання першої та другої частин екзаменаційної роботи оцінювалися в 1

первинний бал. Розв'язання задач третьої частини (С1-С6) перевірялися двома експертами в

відповідно до узагальнених критеріїв оцінювання, з урахуванням правильності та

повноти відповіді. Максимальний бал за всі завдання з розгорнутою відповіддю складав 3

бали. Завдання вважалося вирішеним, якщо учень набрав за неї не менше 2-х балів.

На основі балів, виставлених за виконання всіх екзаменаційних завдань

роботи, здійснювався переведення до «тестових» балів за 100-бальною шкалою та у позначки

за п'ятибальною шкалою. У таблиці 4.4 відображені співвідношення між первинними,

тестовими відмітками за п'ятибальною системою протягом останніх трьох років.

Таблиця4.4

Співвідношення первинних балів, тестових балів та шкільних позначок

Роки, бали 2 3 4 5

2007 первинні 0-11 12-22 23-35 36-52

тестові 0-32 33-51 52-68 69-100

2006 первинні 0-9 10-19 20-33 34-52

тестові 0-34 35-51 52-69 70-100

2005 первинні 0-10 11-20 21-35 36-52

тестові 0-33 34-50 51-67 68-100

Порівняння меж первинних балів показує, що цього року умови

отримання відповідних позначок були суворішими порівняно з 2006 р., але

приблизно відповідали умовам 2005 р. Це було з тим, що у минулому

році єдиний іспит з фізики складали не лише ті, хто збирався вступати до вузів.

за відповідним профілем, а й майже 20% учнів (від загальної кількості тих, хто здає),

які вивчали фізику на базовому рівні (для них цей іспит був за рішенням

регіону обов'язковим).

Усього для проведення іспиту у 2007 р. було підготовлено 40 варіантів,

які були п'ять серій по 8 варіантів, створених за різними планами.

Серії варіантів відрізнялися контрольованими елементами змісту та видами

діяльності для однієї і тієї ж лінії завдань, але загалом усі вони мали приблизно

2 У цьому випадку мається на увазі форма подання інформації в тексті завдання або дистракторах,

тому одне й те завдання може перевіряти два виду діяльності.

однаковий середній рівень складності та відповідали плану екзаменаційної

роботи, наведеному у Додатку 4.1.

4.2. Характеристика учасників ЄДІ з фізики2007 року

Число учасників ЄДІ з фізики цього року становило 70 052 особи, що

істотно нижче, ніж у попередньому році, і приблизно відповідає показникам

2005 (див. таблицю 4.5). Число регіонів, в яких випускники здавали ЄДІ по

фізиці, збільшилось до 65. Кількість випускників, які вибрали фізику у форматі

ЄДІ істотно відрізняється для різних регіонів: від 5316 чол. в Республіці

Татарстан до 51 чол. у Ненецькому автономному окрузі. У відсотковому відношенні до

загалом випускників кількість учасників ЄДІ з фізики коливається від

0,34% у м. Москві до 19,1% у Самарській області.

Таблиця4.5

Число учасників іспиту

Рік Число Дівчата Юнаки

регіонів

учасників Число % Число %

2005 54 68 916 18 006 26,1 50 910 73,9

2006 61 90 3893 29 266 32,4 61 123 67,6

2007 65 70 052 17 076 24,4 52 976 75,6

Іспит з фізики обирають переважно юнаки, і лише чверть від

загальної кількості учасників становлять дівчата, які вибрали для продовження

освіти ВНЗ фізико-технічного профілю.

Практично не змінюється рік у рік і розподіл учасників іспиту з

типу населених пунктів (див. таблицю 4.6). Майже половина випускників, які здавали

ЄДІ з фізики, живе у великих містах і лише 20% - це учні, які закінчили

сільських шкіл.

Таблиця4.6

Розподіл учасників іспиту за типами населених пунктів, в яких

розташовані їхні освітні установи

Число екзаменованих Відсоток

Тип населеного пункту екзаменованих

Населений пункт сільського типу (село,

село, хутір та ін.) 13 767 18 107 14 281 20,0 20,0 20,4

Населений пункт міського типу

(Робоче селище, селище міського

типу та ін.)

4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9

Місто з населенням менше 50 тис. осіб 7 427 10 810 7 965 10,8 12,0 11,4

Місто з населенням 50-100 тис. осіб 6063 8757 7088 8,8 9,7 10,1

Місто з населенням 100-450 тис. осіб 16 195 17 673 14 630 23,5 19,5 20,9

Місто з населенням 450-680 тис. осіб 7 679 11 799 7 210 11,1 13,1 10,3

Місто з населенням понад 680 тис.

людина 13 005 14 283 13 807 18,9 15,8 19,7

м. Санкт-Петербург - 72 7 - 0,1 0,01

м. Москва - 224259 - 0,2 0,3

Немає даних – 339 – – 0,4 –

Всього 68 916 90 389 70 052 100% 100% 100%

3 У 2006 р. в одному з регіонів вступні іспити до вузів з фізики проводилися лише у

форматі ЄДІ. Це спричинило таке істотне зростання числа учасників ЄДІ.

Практично не змінюється склад учасників іспиту за типами освітніх

установ (див. таблицю 4.7). Як і минулого року, переважна більшість

тестованих закінчували загальноосвітні установи, і лише близько 2%

випускників прийшли на іспит з освітніх установ початкового або

середньої професійної освіти.

Таблиця4.7

Розподіл учасників іспиту за типами освітніх установ

Число

екзаменованих

Відсоток

Тип освітньої установи екзаменованих

2006 г. 2007 г. 2006 г. 2007 г.

Загальноосвітні установи 86 331 66 849 95,5 95,4

Вечірні (змінні) загальноосвітні

установи 487 369 0,5 0,5

Загальноосвітня школа-інтернат,

кадетська школа, школа-інтернат з

початковою льотною підготовкою

1 144 1 369 1,3 2,0

Освітні установи початкового та

середньої професійної освіти 1469 1333 1,7 1,9

Немає даних 958 132 1,0 0,2

Разом: 90 389 70 052 100% 100%

4.3. Основні результати виконання екзаменаційної роботи з фізики

Загалом результати виконання екзаменаційної роботи у 2007 р. виявилися

дещо вище за результати минулого року, але приблизно на тому ж рівні, що й

показники позаминулого року У таблиці 4.8 наведено підсумки ЄДІ з фізики у 2007 р.

за п'ятибальною шкалою, а таблиці 4.9 і рис. 4.1 - за тестовими балами в 100-

бальній шкалі. Для наочності порівняння результати представлені порівняно з

попередніми двома роками.

Таблиця4.8

Розподіл учасників іспиту за рівнем

підготовки(відсоток від загальної кількості)

Роки «2» Відмітки «п3о» 5-ти бал «ь4н» шкалою «5»

2005 10,5% 40,7% 38,1% 10,7%

2006 16,0% 41,4% 31,1% 11,5%

2007 12,3% 43,2% 32,5% 12,0%

Таблиця4.9

Розподіл учасників іспиту

за отриманими тестовими балами в2005-2007 рр.

Рік Інтервал шкали тестових балів

імена 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

2005 0,09% 0,57% 6,69% 19,62% 24,27% 24,44% 16,45% 6,34% 1,03% 0,50% 68 916

2006 0,10% 0,19% 6,91% 23,65% 23,28% 19,98% 15,74% 7,21% 2,26% 0,68% 90 389

2007 0,07% 1,09% 7,80% 19,13% 27,44% 20,60% 14,82% 6,76% 1,74% 0,55% 70 052

0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

Тестовий бал

Відсоток учнів, які отримали

відповідний тестовий бал

Мал. 4.1 Розподіл учасників іспиту з отриманих тестових балів

У таблиці 4.10 наведено порівняння шкали у тестових балах у 100-бальній

шкалі з результатами виконання завдань екзаменаційного варіанта у первинних

Таблиця4.10

Порівняння інтервалів первинних та тестових балів у2007 року

Інтервал шкали

тестових балів 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

Інтервал шкали

первинних балів 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52

Для отримання 35 балів (оцінка 3, первинний бал – 13) тестованому

достатньо було правильно відповісти на 13 найпростіших питань першої частини

роботи. Щоб набрати 65 балів (оцінка 4, первинний бал – 34), випускник має

був, наприклад, правильно відповісти на 25 завдань з вибором відповіді, вирішити три з чотирьох

задач з короткою відповіддю, а також впоратися з двома завданнями високого рівня

складності. Ті, хто отримав 85 балів (оцінка 5, первинний бал – 46), практично

ідеально виконували першу та другу частини роботи та вирішували не менше чотирьох завдань

третій частині.

Кращим із найкращих (інтервал від 91 до 100 балів) необхідно не тільки

вільно орієнтуватися у всіх питаннях шкільного курсу фізики, а й практично

не допускати навіть технічних помилок. Так, для отримання 94 балів (первинний бал

– 49) можна було «не добрати» лише 3 первинні бали, допустивши, наприклад,

арифметичні похибки при вирішенні одного із завдань високого рівня складності

відстаней ... міжзовнішніми та внутрішніми впливами та відмінності умовдля ... принормальномутиск досягає 100°, то при ... дляїї експлуатації у великих розмірах, для ...

Вінер норберт кібернетика друге видання вінер н кібернетика або управління та зв'язок у тварині та машині – 2-е видання – наука головна редакція видань для зарубіжних країн 1983 – 344 с

Документ

Або порівнянного ... длявиконання нормальнихпроцесів мислення. Притаких умовах ... розміру длясполучних ліній міжрізними звивинами відстань... якого менші молекуликомпонентів суміші...

Вінер кібернетика або управління та зв'язок у тваринному та машині – 2-ге видання – наука головна редакція видань для зарубіжних країн 1983 – 344 с

Документ

Або порівнянного ... длявиконання нормальнихпроцесів мислення. Притаких умовах ... розміру, Але - з гладкою поверхнею. З іншого боку, длясполучних ліній міжрізними звивинами відстань... якого менші молекуликомпонентів суміші...

Прикладом найпростішої системи, що вивчається у молекулярній фізиці, є газ. Відповідно до статистичного підходу гази розглядаються як системи, що складаються з дуже великої кількості частинок (до 10 26 м-3), що знаходяться в постійному безладному русі. У молекулярно-кінетичній теорії користуються моделлю ідеального газу, згідно з якою вважають, що:

1) власний обсяг молекул газу дуже малий в порівнянні з обсягом судини;

2) між молекулами газу відсутні сили взаємодії;

3) зіткнення молекул газу між собою та зі стінками судини абсолютно пружні.

Оцінимо відстані між молекулами у газі. За нормальних умов (н.у.: р=1,03·10 5 Па; t=0ºС) число молекул в одиниці об'єму: . Тоді середній обсяг, що припадає на одну молекулу:

(М3).

Середня відстань між молекулами: м. Середній діаметр молекули: d»3 · 10 -10 м. Власні розміри молекули малі в порівнянні з відстанню між ними (в 10 разів). Отже, частинки (молекули) настільки малі, що можна уподібнити матеріальним точкам.

У газі молекули більшу частину часу знаходяться так далеко одна від одної, що сили взаємодії між ними практично дорівнюють нулю. Можна вважати, що кінетична енергія молекул газу набагато більша за потенційну,тому останньої можна знехтувати.

Однак у моменти короткочасної взаємодії ( зіткнення) сили взаємодії можуть бути значними, що призводить до обміну енергією та імпульсом між молекулами. Зіткнення служать тим механізмом, за допомогою якого макросистема може переходити з одного доступного їй за даних умов енергетичного стану в інший.

Модель ідеального газу можна використовувати при вивченні реальних газів, так як вони в умовах, близьких до нормальних (наприклад, кисень водень, азот, вуглекислий газ, пари води, гелій), а також при низьких тисках та високих температурах близькі за своїми властивостями до ідеального газу.

Стан тіла може змінитися при нагріванні, стисканні, зміні форми, тобто при зміні будь-яких параметрів. Розрізняють рівноважні та нерівноважні стани системи. Рівноважний стан- Це стан, при якому всі параметри системи не змінюються з часом (інакше - це нерівноважний стан), і немає сил, здатних змінити параметри.

Найважливішими параметрами стану системи є щільність тіла (або обернена величина щільності – питомий об'єм), тиск і температура. густина (r) - маса речовини в одиниці об'єму. Тиск (р– сила, що діє на одиницю площі поверхні тіла, спрямована нормалі до цієї поверхні. Різниця температур (DТ) – міра відхилення тіл стану теплового рівноваги. Існує температура емпірична та абсолютна. Емпірична температура (t) – міра відхилення тіл від стану теплової рівноваги з льодом, що тане, що знаходиться під тиском в одну фізичну атмосферу. Як одиниця виміру прийнято 1 градус Цельсія(1 про С), який визначений тією умовою, що льоду, що тане під атмосферним тиском, приписують 0 про С, а кипінню води при тому ж тиску - 100 про С, відповідно. Відмінність між абсолютною та емпіричною температурою полягає, перш за все, у тому, що абсолютна температура відраховується від гранично низької температури. абсолютного нуля, що лежить нижче температури танення льоду на 273,16 о, тобто

р= f(V,T).

(6.2.2,б)

Відмітимо, що будь-яка функціональна залежність, що зв'язує між собою термодинамічні параметри (6.2.2,а), називається також рівнянням стану. Вигляд функції залежності між параметрами ((6.2.2, а), (6.2.2, б)) визначається для кожної речовини експериментально. Однак досі вдалося визначити рівняння стану тільки для газів, що знаходяться в розрядженому стані, і, в наближеній формі, для деяких стиснутих газів.

Багато явищ природи свідчать про хаотичний рух мікрочастинок, молекул та атомів речовини. Чим вище температура речовини, тим інтенсивніше цей рух. Тому теплота тіла є відображенням безладного руху складових його молекул та атомів.

Доказом того, що всі атоми та молекули речовини перебувають у постійному та безладному русі, може бути дифузія – взаємопроникнення частинок однієї речовини в іншу (див. рис. 20а). Так, запах швидко поширюється кімнатою навіть за відсутності руху повітря. Крапля чорнила швидко робить всю склянку з водою однорідно чорною, хоча, здавалося б, сила тяжіння повинна допомагати фарбувати склянку тільки в напрямку зверху-вниз. Дифузію можна знайти і в твердих тілах, якщо притиснути їх щільно один до одного і залишити на тривалий час. Явище дифузії демонструє, що мікрочастинки речовини здатні спонтанно рухатися на всі боки. Такий рух мікрочастинок речовини, а також його молекул та атомів називають їх тепловим рухом.

Очевидно, що всі молекули води у склянці рухаються навіть, якщо в ній немає краплі чорнила. Просто дифузія чорнила робить тепловий рух молекул помітним. Іншим явищем, що дозволяє спостерігати за тепловим рухом і навіть оцінювати його характеристики, може бути броунівський рух, яким називають видимий в мікроскоп хаотичний рух будь-яких дрібних частинок у спокійній рідині. Броуновським воно було названо на честь англійського ботаніка Р. Броуна, який у 1827 році, розглядаючи в мікроскоп зважені у воді суперечки пилку однієї з рослин, виявив, що вони безперервно та хаотично рухаються.

Спостереження Броуна підтвердили багато інших вчених. Виявилося, що броунівський рух не пов'язаний ні з потоками рідини, ні з її поступовим випаром. Найдрібніші частинки (їх теж назвали броунівськими) поводилися, як живі, і цей «танець» частинок прискорювався з нагріванням рідини і зменшенням розміру частинок і, навпаки, уповільнювався при заміні води на більш в'язке середовище. Особливо помітним був броунівський рух, коли його спостерігали в газі, наприклад, стежили за частинками диму чи крапельками туману у повітрі. Це дивовижне явище ніколи не припинялося, і його можна було спостерігати як завгодно довго.

Пояснення броунівського руху було дано лише в останній чверті XIX століття, коли багатьом ученим стало очевидним, що рух броунівської частки викликаний безладними ударами молекул середовища (рідини або газу), що здійснюють тепловий рух (див. рис. 20б). В середньому, молекули середовища впливають на броунівську частинку з усіх боків з рівною силою, однак ці удари ніколи в точності не врівноважують один одного, і в результаті швидкість броунівської частки безладно змінюється за величиною та напрямом. Тому броунівська частка рухається по зигзагоподібному шляху. При цьому чим менше розміри і маса броунівської частки тим помітнішим стає її рух.

У 1905 році А. Ейнштейн створив теорію броунівського руху, вважаючи, що в кожний момент часу прискорення броунівської частки залежить від кількості зіткнень з молекулами середовища, а значить, воно залежить від числа молекул в одиниці обсягу середовища, тобто. від числа Авогадро. Ейнштейн вивів формулу, за якою можна було обчислити, як змінюється середній квадрат переміщення броунівської частки з часом, якщо знати температуру середовища, її в'язкість, розмір частинки та число Авогадро, яке на той час ще було невідоме. Справедливість цієї теорії Ейнштейна була експериментально підтверджена Ж. Перреном, який першим і отримав значення числа Авогадро. Таким чином, аналіз броунівського руху заклав основи сучасної молекулярно-кінетичної теорії будови речовини.

Запитання для повторення:

· Що таке дифузія, і як вона пов'язана з тепловим рухом молекул?

· Що називають броунівським рухом, і чи є він тепловим?

· Як змінюється характер броунівського руху при нагріванні?

Мал. 20. (а) – у верхній частині показані молекули двох різних газів, розділених перегородкою, яку забирають (див. нижню частину), після чого починається дифузія; (б) у лівій нижній частині показано схематичне зображення броунівської частки (синя), оточеної молекулами середовища, зіткнення з якими є причиною руху частинки (див. три траєкторії руху частинки).

§ 21. МІЖМОЛЕКУЛЯРНІ СИЛИ: БУДОВА ГАЗООБРАЗНИХ, РІДКИХ І ТВЕРДИХ ТІЛ

Ми звикли до того, що рідину можна перелити з однієї посудини в іншу, а газ швидко заповнює весь наданий йому обсяг. Вода може текти лише вздовж русла річки, а повітря над нею не знає меж. Якби газ не прагнув зайняти весь простір навколо, ми задихнулися б, т.к. вуглекислий газ, що видихається нами, накопичувався б у нас, не даючи нам зробити ковток свіжого повітря. Так, і автомобілі швидко зупинилися з тієї ж причини, т.к. для згоряння палива їм теж потрібен кисень.

Чому ж газ, на відміну рідини, заповнює весь наданий йому обсяг? Між усіма молекулами діє міжмолекулярні сили тяжіння, величина яких дуже швидко падає з видаленням молекул одна від одної, і тому на відстані, що дорівнює кільком діаметрам молекул, вони взагалі не взаємодіють. Легко показати, що відстань між сусідніми молекулами газу в багато разів більша, ніж у рідини. Використовуючи формулу (19.3) і знаючи щільність повітря (r=1,29 кг/м3) при атмосферному тиску та його молярну масу (M=0,029 кг/моль), можна обчислити середню відстань між молекулами повітря, яка виявиться рівною 6,1.10- 9 м, що у двадцять разів перевищує відстань між молекулами води.

Таким чином, між молекулами рідини, розташованими майже впритул один до одного, діють сили тяжіння, що перешкоджають цим молекулам розлетітися в різні боки. Навпаки, нікчемні сили тяжіння між молекулами газу неспроможна утримати їх разом, і тому гази можуть розширюватися, заповнюючи весь наданий їм обсяг. У існуванні міжмолекулярних сил тяжіння можна переконатися, поставивши простий досвід – притиснути один до одного два свинцеві бруски. Якщо поверхні зіткнення будуть досить гладкими, то бруски злипнуться, і їх важко роз'єднати.

Однак міжмолекулярні сили тяжіння одні не можуть пояснити всі відмінності між властивостями газоподібних, рідких та твердих речовин. Чому, наприклад, зменшити об'єм рідини або твердого тіла дуже важко, а стиснути повітряну кульку відносно легко? Пояснюється це тим, що між молекулами існують не тільки сили тяжіння, але й міжмолекулярні сили відштовхування, що діють тоді, коли електронні оболонки сусідніх атомів молекул починають перекриватися. Саме ці сили відштовхування перешкоджають тому, щоб одна молекула не проникала обсягом, вже зайнятий інший молекулою.

Коли на рідке або тверде тіло не діють зовнішні сили, відстань між їх молекулами така (див. r0 на рис.21а), при якому результуюча сила тяжіння і відштовхування дорівнює нулю. Якщо намагатися зменшити обсяг тіла, то відстань між молекулами зменшується, і з боку стисненого тіла починає діяти результуюча збільшена сила відштовхування. Навпаки, при розтягуванні тіла сили пружності, що виникають, пов'язані з відносним зростанням сил тяжіння, т.к. при віддаленні молекул одна від одної сили відштовхування падають набагато швидше, ніж сили тяжіння (див. рис.21а).

Молекули газів знаходяться на відстанях у десятки разів більших, ніж їх розміри, внаслідок чого ці молекули не взаємодіють між собою, і тому гази набагато легше стискаються, ніж рідини та тверді тіла. Гази не мають будь-якої певної структури і являють собою сукупність молекул, що рухаються і зіштовхуються (див. рис. 21б).

Рідина – це сукупність молекул, що майже впритул прилягають одна до одної (див. рис. 21в). Тепловий рух дозволяє молекулі рідини іноді змінювати своїх сусідів, перескакуючи з одного місця на інше. Цим і пояснюється плинність рідин.

Атоми і молекули твердих тіл позбавлені можливості змінювати своїх сусідів, які тепловий рух – це лише невеликі коливання щодо становища сусідніх атомів чи молекул (див. рис. 21г). Взаємодія між атомами може призводити до того, що тверда речовина стає кристалом, а атоми в ньому займають положення у вузлах кристалічних ґрат. Оскільки молекули твердих тіл не рухаються щодо сусідів, ці тіла зберігають свою форму.

Запитання для повторення:

· Чому молекули газу не притягуються одна до одної?

· Які властивості тіл визначають міжмолекулярні сили відштовхування та тяжіння?

· Як пояснюють плинність рідини?

· Чому всі тверді тіла зберігають свою форму?

§ 22. ІДЕАЛЬНИЙ ГАЗ. ОСНОВНЕ РІВНЯННЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ГАЗІВ.

Молекулярно-кінетична теорія дає пояснення тому, що всі речовини можуть перебувати в трьох агрегатних станах: у твердому, рідкому та газоподібному. Наприклад, лід, вода та водяна пара. Часто плазму вважають четвертим станом речовини.

Агрегатні стани речовини(від латинського aggrego– приєдную, зв'язую) – стани однієї й тієї ж речовини, переходи між якими супроводжуються зміною його фізичних властивостей. У цьому полягає зміна агрегатних станів речовини.

У всіх трьох станах молекули однієї й тієї ж речовини нічим не відрізняються одна від одної, змінюється лише їхнє розташування, характер теплового руху та сили міжмолекулярної взаємодії.

Рух молекул у газах

У газах зазвичай відстань між молекулами та атомами значно більша за розміри молекул, а сили тяжіння дуже малі. Тому гази не мають власної форми та постійного обсягу. Гази легко стискаються, тому що сили відштовхування на великих відстанях також малі. Гази мають властивість необмежено розширюватися, заповнюючи весь наданий їм обсяг. Молекули газу рухаються з дуже великими швидкостями, зіштовхуються між собою, відскакують одна від одної у різні боки. Численні удари молекул об стінки судини створюють тиск газу.

Рух молекул у рідинах

У рідинах молекули як коливаються біля положення рівноваги, а й роблять перескоки з одного положення рівноваги до сусіднього. Ці перескоки відбуваються періодично. Тимчасовий відрізок між такими перескоками отримав назву середній час осілого життя(або середній час релаксації) і позначається буквою? Інакше кажучи, час релаксації – це коливань близько одного певного становища рівноваги. При кімнатній температурі цей час становить середньому 10 -11 з. Час одного коливання становить 10-12 …10-13 с.

Час осілого життя зменшується із підвищенням температури. Відстань між молекулами рідини менша за розміри молекул, частинки розташовані близько одна до одної, а міжмолекулярне тяжіння велике. Проте розташування молекул рідини не є строго впорядкованим по всьому об'єму.

Рідина, як і тверді тіла, зберігає свій обсяг, але не має власної форми. Тому вони набувають форми судини, в якій знаходяться. Рідина має таку властивість, як плинність. Завдяки цій властивості рідина не чинить опір зміні форми, мало стискається, а її фізичні властивості однакові за всіма напрямками всередині рідини (ізотропія рідин). Вперше характер молекулярного руху на рідинах встановив радянський фізик Яків Ілліч Френкель (1894 – 1952).

Рух молекул у твердих тілах

Молекули та атоми твердого тіла розташовані у певному порядку і утворюють кристалічні грати. Такі тверді речовини називають кристалічними. Атоми здійснюють коливальні рухи біля положення рівноваги, а тяжіння між ними дуже велике. Тому тверді тіла у звичайних умовах зберігають об'єм та мають власну форму.

Фізика

Взаємодія між атомами та молекулами речовини. Будова твердих, рідких та газоподібних тіл

Між молекулами речовини діють одночасно сили тяжіння та сили відштовхування. Ці сили великою мірою залежить від відстаней між молекулами.

Відповідно до експериментальних та теоретичних досліджень міжмолекулярні сили взаємодії обернено пропорційні n-му ступеню відстані між молекулами:

де для сил тяжіння n = 7, а сил відштовхування .

Взаємодія двох молекул можна описати за допомогою графіка залежності проекції рівнодіючої сил тяжіння та відштовхування молекул від відстані r між їхніми центрами. Направимо вісь r від молекули 1, центр якої збігається з початком координат, до центру молекули 2, що знаходиться від нього на відстані, (рис. 1).

Тоді проекція сили відштовхування 2 молекули від молекули 1 на вісь r буде позитивною. Проекція сили тяжіння молекули 2 молекули 1 буде негативною.

Сили відштовхування (мал. 2) набагато більше сил тяжіння на малих відстанях, але набагато швидше зменшуються зі збільшенням r. Сили тяжіння теж швидко зменшуються зі збільшенням r, отже, починаючи з певної відстані , взаємодією молекул можна знехтувати. Найбільша відстань rm, на якій молекули ще взаємодіють, називається радіусом молекулярної дії .

Сили відштовхування по модулю дорівнюють силам тяжіння.

Відстань відповідає стійкому рівноважному взаємному положенню молекул.

У різних агрегатних станах речовини відстань між його молекулами по-різному. Звідси й відмінність у силовій взаємодії молекул і істотна відмінність у характері руху молекул газів, рідин та твердих тіл.

У газах відстані між молекулами кілька разів перевищують розміри самих молекул. Внаслідок цього сили взаємодії між молекулами газу малі та кінетична енергія теплового руху молекул набагато перевищує потенційну енергію їхньої взаємодії. Кожна молекула рухається вільно від інших молекул з величезними швидкостями (сотні метрів за секунду), змінюючи напрямок та модуль швидкості при зіткненнях з іншими молекулами. Довжина вільного пробігу молекул газу залежить від тиску та температури газу. За нормальних умов.

У рідинах відстань між молекулами значно менша, ніж у газах. Сили взаємодії між молекулами великі, і кінетична енергія руху молекул співмірна з потенційною енергією їхньої взаємодії, внаслідок чого молекули рідини здійснюють коливання близько деякого положення рівноваги, потім стрибкоподібно переходять в нові положення рівноваги через дуже малі проміжки часу, що призводить до плинності рідини. Таким чином, в рідині молекули здійснюють в основному коливальні та поступальні рухи. У твердих тілах сили взаємодії між молекулами настільки великі, що кінетична енергія руху молекул набагато менша від потенційної енергії їхньої взаємодії. Молекули здійснюють лише коливання з мінімальною амплітудою біля деякого постійного положення рівноваги - вузла кристалічної решітки.

Цю відстань можна оцінити, знаючи щільність речовини та молярну масу. Концентрація –число частинок в одиниці об'єму, пов'язане із щільністю, молярною масою та числом Авогадро співвідношенням.