Номер 4, страница 169 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

4. Опишите опыты, подтверждающие основные закономерности.

Поскольку в вопросе не уточняется, о каких именно основных закономерностях идет речь, рассмотрим опыты, подтверждающие фундаментальные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ). Основные положения МКТ:

• Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул, атомов и ионов.
• Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом движении).
• Частицы взаимодействуют друг с другом — притягиваются на больших расстояниях и отталкиваются на малых.

Ниже описаны классические опыты, подтверждающие эти положения.

Данный опыт наглядно демонстрирует, что вещество не является сплошным, а состоит из отдельных частиц, между которыми существуют пустые промежутки.

Проведение опыта: Взять два измерительных цилиндра (мензурки). В один налить 50 мл воды, а в другой – 50 мл спирта. Затем аккуратно слить обе жидкости в один сосуд большего объема. Можно заметить, что итоговый объем смеси будет не 100 мл ($50 \text{ мл} + 50 \text{ мл}$), а примерно 96–97 мл.

Объяснение: Уменьшение суммарного объема объясняется тем, что молекулы одного вещества (например, спирта, которые меньше по размеру) проникают в промежутки между молекулами другого вещества (воды). Это было бы невозможно, если бы жидкости были сплошными.

Ответ: Опыт со смешиванием воды и спирта, в результате которого объем смеси оказывается меньше суммы объемов исходных компонентов, доказывает, что вещества состоят из отдельных частиц, между которыми есть свободное пространство.

Существование непрерывного и хаотического движения молекул подтверждается явлениями диффузии и броуновского движения.

1. Диффузия

Проведение опыта: В стакан с чистой водой можно опустить кристаллик перманганата калия (марганцовки) или капнуть каплю чернил. Даже в абсолютно неподвижной воде мы увидим, как окрашенное вещество постепенно, само по себе, распространяется по всему объему, пока вся жидкость не станет равномерно окрашенной. Аналогичное явление наблюдается в газах: запах духов или освежителя воздуха со временем распространяется по всей комнате.

Объяснение: Явление самопроизвольного взаимного проникновения частиц одного вещества между частицами другого называется диффузией. Оно происходит исключительно за счет того, что молекулы обоих веществ находятся в постоянном и беспорядочном движении.

Ответ: Явление диффузии, наблюдаемое в жидкостях и газах, является прямым свидетельством непрерывного хаотического движения молекул.

2. Броуновское движение

Проведение опыта: Если поместить под микроскоп каплю воды со взвесью очень мелких твердых частиц (например, частиц краски, пыльцы растений или сажи) и наблюдать за ними, можно увидеть, что эти частицы совершают непрерывные беспорядочные движения, как бы "подпрыгивая" и смещаясь в разные стороны. Это явление было впервые обнаружено Робертом Броуном в 1827 году.

Объяснение: Движение видимой в микроскоп частицы вызвано тем, что невидимые молекулы воды, находящиеся в тепловом движении, постоянно и хаотично ударяют по ней со всех сторон. Поскольку движение молекул случайно, в каждый момент времени число ударов с одной стороны не равно числу ударов с другой. Возникающий нескомпенсированный импульс заставляет частицу двигаться.

Ответ: Броуновское движение является неопровержимым экспериментальным доказательством существования атомов и молекул и их непрерывного теплового движения.

Частицы вещества не только движутся, но и взаимодействуют друг с другом посредством сил притяжения и отталкивания.

1. Силы притяжения

Проведение опыта: Взять два свинцовых цилиндра с очень гладкими и чистыми торцевыми поверхностями. Если плотно прижать их друг к другу этими поверхностями и немного повернуть, они "схватятся" настолько прочно, что их будет сложно разъединить. Они могут выдержать подвешенный груз значительной массы. Другие проявления: капли жидкости стремятся принять форму шара (действие сил поверхностного натяжения), твердые тела сохраняют свою форму.

Объяснение: Когда частицы сближаются на расстояние, сопоставимое с их размерами, между ними возникают заметные силы притяжения. В опыте с цилиндрами мы сближаем большое количество атомов свинца на такое расстояние, что суммарная сила притяжения становится очень большой.

Ответ: Опыт со свинцовыми цилиндрами, а также сам факт существования твердых и жидких тел, которые не распадаются на отдельные молекулы, доказывают наличие сил межмолекулярного притяжения.

2. Силы отталкивания

Проведение опыта: Попробуйте сильно сжать любое твердое тело (например, ластик) или жидкость (например, воду в шприце с закрытым наконечником). Вы убедитесь, что они практически не сжимаются.

Объяснение: Малая сжимаемость твердых тел и жидкостей свидетельствует о том, что при попытке сблизить их частицы на очень малые расстояния начинают действовать мощные силы отталкивания. Эти силы не дают частицам "провалиться" друг в друга и обеспечивают телу упругость.

Ответ: Практическая несжимаемость твердых тел и жидкостей подтверждает существование сил отталкивания между частицами вещества, которые проявляются на расстояниях, меньших размеров самих частиц.