Экспериментируйте, страница 118 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Экспериментируйте

1. Налейте в формочку для получения льда воду и поместите ее в морозильник. После того как вода замерзнет, вытащите лед из формочек и определите его общий объем (подумайте, как это сделать). Сравните с объемом воды, которая была налита в формочки. Сделайте вывод. Предложите гипотезу об изменениях, происшедших с молекулами воды после того, как вода превратилась в лед.

2. Возьмите пластинку пластилина и придайте ему форму шара, куба, овала. Какие изменения происходят с молекулами в пластилине?

3. Выращивание кристалла. Вы можете научиться выращивать кристаллы. Для этого привяжите к нитке кристаллик поваренной соли и опустите его в насыщенный раствор этой соли. В течение трех-четырех дней наблюдайте рост кристалла.

1. Для выполнения этого эксперимента необходимо сначала измерить определенный объем воды, например, с помощью мерного стакана (мензурки). Запишем этот объем как $V_{воды}$. Затем эту воду нужно залить в формочку для льда и поместить в морозильник до полного замерзания.

После того как вода превратится в лед, нужно определить его объем, $V_{льда}$. Это можно сделать несколькими способами:

1. Метод вытеснения жидкости: Взять мерный стакан с другой жидкостью, которая не замерзает при 0°C и в которой лед тонет (например, сильно охлажденный спирт). Замерить начальный объем жидкости $V_1$. Затем полностью погрузить в нее лед, полученный из нашего объема воды. Замерить новый объем жидкости $V_2$. Объем льда будет равен разнице объемов: $V_{льда} = V_2 - V_1$. Важно проводить измерения быстро, чтобы лед не успел значительно растаять.

2. Расчетный метод (для правильных форм): Если формочка имеет простую геометрическую форму (например, куб), можно измерить линейные размеры получившегося куска льда с помощью линейки и рассчитать его объем по соответствующей формуле (для куба $V = a^3$, для прямоугольного параллелепипеда $V = l \cdot w \cdot h$).

Сравнив объем льда с первоначальным объемом воды, мы обнаружим, что $V_{льда} > V_{воды}$.

Вывод: При замерзании вода расширяется, то есть ее объем увеличивается.

Гипотеза: В жидком состоянии молекулы воды расположены близко друг к другу и находятся в хаотичном движении. При переходе в твердое состояние (лед) при температуре 0°C молекулы воды замедляют свое движение и выстраиваются в упорядоченную структуру — кристаллическую решетку. Из-за особенностей строения молекулы H₂O и водородных связей между ними, в кристаллической решетке льда образуются пустоты, и расстояние между молекулами в среднем становится больше, чем в жидкой воде. Это и приводит к увеличению общего объема вещества при той же массе, а следовательно, к уменьшению плотности. Именно поэтому лед плавает на поверхности воды.

Ответ: При замерзании объем воды увеличивается. Это происходит потому, что молекулы воды при кристаллизации образуют упорядоченную структуру (кристаллическую решетку), в которой расстояние между молекулами в среднем больше, чем в жидком состоянии, что приводит к увеличению общего объема.

2. Пластилин является аморфным телом. В отличие от кристаллических тел, его молекулы не имеют строгого порядка в расположении, они находятся в хаотичном состоянии, подобно молекулам в жидкости, но их подвижность значительно ниже.

Когда мы придаем пластилину новую форму (шара, куба, овала), мы прилагаем внешнюю силу, которая заставляет слои молекул смещаться друг относительно друга. Происходит пластическая деформация. При этом сами молекулы не изменяются, и среднее расстояние между соседними молекулами практически не меняется. Их взаимное расположение в малых объемах (ближний порядок) сохраняется, но их положение относительно других, удаленных групп молекул (дальний порядок отсутствует и до, и после деформации) изменяется. Таким образом, изменяется только форма тела в целом, но не структура вещества на молекулярном уровне.

Ответ: При изменении формы пластилина его молекулы смещаются друг относительно друга, но сами молекулы не изменяются, и их хаотичное расположение сохраняется. Изменяется лишь форма всего тела.

3. Этот пункт описывает классический эксперимент по выращиванию кристалла из насыщенного раствора. Процесс происходит следующим образом:

1. Приготовление насыщенного раствора: В теплой воде растворяют поваренную соль (хлорид натрия, NaCl) до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Это означает, что раствор стал насыщенным — он содержит максимальное количество растворенного вещества при данной температуре.

2. Создание центра кристаллизации: Маленький кристаллик соли, привязанный к нитке, служит "затравкой" или центром кристаллизации. Частицам вещества (в данном случае ионам Na⁺ и Cl⁻) из раствора энергетически выгоднее присоединяться к уже существующей кристаллической решетке, чем образовывать новую.

3. Процесс роста: Раствор медленно остывает до комнатной температуры, или из него постепенно испаряется вода. В обоих случаях концентрация соли в растворе превышает порог насыщения, и раствор становится пересыщенным. "Лишние" ионы соли начинают осаждаться из раствора. Они присоединяются к поверхности затравочного кристаллика, строго повторяя его структуру. Атом за атомом, слой за слоем, кристалл растет, сохраняя свою правильную кубическую форму, характерную для хлорида натрия. Этот процесс продолжается, пока раствор остается пересыщенным.

Ответ: Рост кристалла происходит за счет присоединения ионов соли из пересыщенного раствора к поверхности затравочного кристаллика. Ионы выстраиваются в упорядоченную структуру, продолжая существующую кристаллическую решетку, что приводит к увеличению размеров кристалла с сохранением его правильной формы.