Методичні рекомендації для вивчення курсу «Молекулярна фізика» за кредитно-модульною системою для студентів 2 курсу напрямку підготовки 040203 Фізика




Скачати 444,42 Kb.
Дата конвертації20.11.2016
Розмір444,42 Kb.


Міністерство освіти і науки України

Сумський державний педагогічний університет

імені А. С. Макаренка




Методичні матеріали

щодо організації навчального процесу

за кредитно-модульною системою

з курсу «Молекулярна фізика»


для студентів 2 курсу фізико-математичного

факультету
Галузь знань: 0402 Фізико - математичні науки

Напрям підготовки 6.040203 Фізика*

Суми – 2009

УДК 539.19

ББК 22.1я73

М 54


Методичні рекомендації для вивчення курсу «Молекулярна фізика» за кредитно-модульною системою для студентів 2 курсу напрямку підготовки 6.040203 – Фізика*

Уклад.: Салтикова А.І. – Вид. центр СумДПУ імені А.С. Макаренка, 2008. - 20 с.

Укладач: Салтикова А.І. – кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри експериментальної і теоретичної фізики СумДПУ імені А.С. Макаренка.

Затверджено вченою радою фізико-математичного факультету СумДПУ імені А.С.Макаренка

Протокол №__________від_______________2009р.



РОБОЧА ПРОГРАМА

НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «Молекулярна фізика»



1. Опис предмета навчальної дисципліни


Курс 2

Підготовка бакалаврів



Напрям, спеціальність, освітньо-кваліфікаційний рівень

Характеристика навчальної дисципліни

Кількість кредитів, відповідних ECTS: 6
Змістових модулів: 6
Загальна кількість годин: 216
Тижневих годин:

8


Галузь знань: 0101 – Фізико-математичні науки
Напрям підготовки:

6.010103 – Фізика


Освітньо-кваліфікаційний рівень: бакалавр педагогічної освіти

Варіативна частина (за вибором ВНЗ)
Рік підготовки:2
Семестр: 3
Лекції : 50 години
Практичні заняття: 36 години
Індивідуальні заняття: 4 години
Лабораторні заняття: 50 годин
Самостійна робота: 54 годин
Вид підсумкового контролю: залік

Екзамен

Метою та завданням навчального курсу є: формування цілісної сучасної фізичної картини світу на основі вивчення молекулярної фізики, розкриття фізичних понять і означень фізичних величин, змісту моделей, законів, принципів, теорій.

Курс загальної фізики у педагогічному університеті є профілюючим для майбутнього вчителя фізики середньої школи. У процесі вивчення курсу загальної фізики має сформуватись уявлення, що створення узагальнюючих теорій базується на величезному експериментальному матеріалі, який здобувається самовідданою працею вчених, інженерів, винахідників; що фізика є основою сучасної техніки і технологій; що методи фізики широко використовуються в астрономії , хімії, біології, геології та інших галузях.

Особливість вивчення фізики в педагогічному університеті, в тому числі і молекулярної, полягає в тому, що студенти мають оволодіти системою вмінь і навичок, які б давали можливість ефективно передавати знання учням, виховувати в них допитливість, інтерес до знань, любов до творчої праці і винахідництва.

В результаті вивчення дисципліни студенти повинні:



  • знати:

    • - Місце і роль молекулярної фізики і термодинаміки у формуванні сучасної фізичної картині світу.

    • - основні закони і співвідношення молекулярної фізики і термодинаміки.

  • вміти:

    • обґрунтовувати суть фізичних явищ і законів, які їх описують

    • розв’язувати задачі з молекулярної фізики і термодинаміки

    • користуватися фізичними приладами та вимірювати фізичні величини

    • аналізувати літературу з проблем сучасної фізики і техніки.



ІІ. ЗМІСТ ДИСЦИПЛІНИ
Програма курсу розрахована на 50 год. лекційних,

36 год. практичних,

4 год. індивідуальних

50 год. лабораторних,

76 год. самостійних занять.

Всього 216 год
Форми контролю залік, екзамен

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН НАВЧАЛЬНОГО КУРСУ



№ п/п

Назва змістового модулю

Aаудиторні години

Самостій-на робота

Лекцій

Прак-

тичних


Лабора-

торних


1.

2.

3.

4.

5.

6.

1.

Вступ

2







2

2.



Основи молекулярно-кінетичної теорії газів


14

18

20

24

3

Основи термодинаміки.


12

12

10

20

4

Реальні гази і рідини

10

6

10

14

5

Тверді тіла

8

2

4

10

6.

Рівновага фаз і фазові переходи

4

2

4

6

Всього: 216

ЗМІСТ ЛЕКЦІЙНОГО КУРСУ



№ п/п.

Тема та зміст лекції з висвітленням основних її питань

Кількість

годин


1.

2.

3.

1.

Змістовий модуль 1: Вступ

Лекція 1 Предмет і задачі молекулярної фізики. Короткий історичний огляд молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) і термодинаміки. Роботи Київської фізичної школи: М.П.Авенаріуса, О.І, Надеждіна та ін.

Термодинамичний та статистичний методи вивчення макроскопічних систем.


2


2.

Змістовий модуль 2: Основи молекулярно-кінетичної теорії газів

Лекція 2 Основні положення МКТ і їх експериментальне обгрунтування . Основні фізичні величини. Тиск газу. Молекулярно-кінетичне тлумачення тиску. Температура. Методи вимірювання температури. Шкали температур.

Лекція 3 Молекулярно-кінетичне тлумачення температури. Стала Больцмана. Фізичні моделі. Ідеальний газ Основне рівняння МКТ газів. Лекція 4 Рівняння стану. Рівняння Клапейрона-Менделеева.

Експериментальні газові закони. Закон Авогадро. Суміш ідеальних газів. Закон Дальтона.



Лекція 5 Вимірювання швидкості молекул. Дослід Штерна. Імовірнисть. Поняття про розподіл. Функція розподілу. Розподіл швидкостей молекул за Максвелом.

Лекція 6 Барометрична формула. Розподіл Больцмана. Розподіл

Максвелла- Больцмана. Експериментальне визначення числа Авогадро. Рух і зіткнення молекул. Флуктуації в ідеальному газі і їх прояв. Флуктуації. Міра флуктуації.


Лекція 7 Явища переносу у газах. Середня довжина вільного пробігу

молекул. Дифузія.



Лекція 8. Теплопровідність. Внутрішне тертя. Явища переносу при низьких тисках. Технічний вакуум. Вимірювання низьких тисків.

2


2

2
2


2
2

3.

Змістовий модуль 3: Основи термодинаміки.

Лекція 9 . Завдання і методи термодинаміки. Термодинамічна система. Рівноважні стани. Параметри стану. Внутрішня енергія. Робота і теплота як форми обміну енергією між системами. Квазістатичні процеси.

Лекція 10 Перше начало термодинаміки. Застосування першого начала термодинаміки до ізопроцесів. Теплоемність. Рівняння Майера. Розподіл енергії молекул за ступенями вільності .

Лекція 11 Адіобатний процес. Рівняння Пуассона.. Швидкість звуку у газах. Політропічний процес.

Лекція 12 Оборотні та необоротні процеси. Цикл Карно та його коефіцієнт корисної дії.

Лекція 13 Теореми Карно Друге начало термодинаміки. Зведена теплота . Нерівність Клаузіуса. Поняття про ентропію. Статистичне тлумачення другого начала термодинаміки.

Лекція 14 Характеристичні функції. Теорема Нернста. Недосяжимість абсолютного нуля температури.

2

2


2
2

2


4.

Змістовий модуль 4: Реальні гази і рідини

Лекція 15 Реальні гази.Відхилення властивостей газів від ідеальності. Експериментальні ізотенрми реального газу. Рівняння Ван-дер-Ваальса

Лекція 16 Порівняння ізотерм Ван-дер –Ваальса з експериментальними ізотермами. Критичний стан. Закон відповідних станів.

Лекція 17 Внутрішня енергія реального газу. Ефект Джоуля-Томсона. Зрідження газів і одержання низьких температур.

Лекція 18 Властивості рідкого стану. Поверхневий шар рідини. Поверхневий натяг. Змочування. Капілярні явища. Формула Лапласа.

Тиск насичених парів над меніском.



Лекція 19. Розчини. Закон Рауля. Осмотичний тиск. Закон Вант-Гофа. Поверхнево-активні речовини. Адсорбція. Флотація.

2

2


2

5

Змістовий модуль 5: Тверді тіла

Лекція 20 Аморфні і кристалічні тіла. Дальній порядок в кристалах.

Характеристики кристалів. Класифікація кристалів за типом

зв'язків. Анізотропія кристалів.

Лекція 21 Дефекти в кристалах. Рідкі кристали.

Лекція 22 Механічні і теплові властивості кристалів. Теплове розширення. Теплоємність кристалів, закон Дюлонга і Пті. Поняття про квантову теорію теплоемності.

Лекція 23.: Полімери. Основні уявлення про хімічну будову і структуру полімерів. Структура полімеру в конденсованому стані. Термо- механічні, механічні та теплофізичні властивості полімерів. Застосування полімерів.

2

2



2

6

Змістовий модуль 6: Рівновага фаз і фазові переходи

Лекція 24: Поняття фази та фазові перетворення першого та другого роду. Рівновага рідини і газу.

Лекція 25 Рівняння Клапейрона-Клаузіуса. Сублімація, плавлення та кристалізація твердих тіл. Потрійна точка.

2
2




ЗМІСТ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ.

Змістовий модуль 1

Завдання для самостійної роботи: Короткий історичний огляд молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) і термодинаміки. (2 год.)

Методичні рекомендації:

Скористуватися літературою , вказаною нижче.



Змістовий модуль 2.

. Завдання для самостійної роботи:



1. Температура. Методи вимірювання температури. Шкали температур. (7 год.)

2. Вимірювання швидкості молекул. Дослід Штерна та інші. (7 год.)

3.Флуктуації в ідеальному газі і їх прояв. (7 год.)

4.Технічний вакуум. Вимірювання низьких тисків. (7 год.)

Методичні рекомендації:

Скористуватися літературою , вказаною нижче


Змістовий модуль 3

Завдання для самостійної роботи:

1.Реальні теплові двигуни (6 год.)

2.Реферат на тему « вічний двигун» (10 год.)

Методичні рекомендації:

Скористуватися літературою , вказаною нижче та самостійно знайденими джерелами..




Змістовий модуль 4

Завдання для самостійної роботи:

1.Методи визначення критичних параметрів ( 4 год.)

2. Зрідження газів і одержання низьких температур ( 4 год.)

3.Рідкі речовини. Закон Рауля. Осмотичний тиск. Закон Вант-Гоффа. Поверхнево-активні речовини. Адсорбція .Флотація. ( 6 год.)



Методичні рекомендації:Скористуватися літературою , вказаною нижче.
Змістовий модуль 5

Завдання для самостійної роботи

  1. Полімери. Основні уявлення про хімічну будову і структуру полімерів. Структура полімеру в конденсованому стані. Термо- механічні, механічні та теплофізичні властивості полімерів. Застосування полімерів.. ( 6 год.)

  2. Рідкі кристали. ( 6 год.)

Методичні рекомендації:Скористуватися літературою , вказаною нижче.
Змістовий модуль 6

Завдання для самостійної роботи

1.Фазові перетворення 1 і 2 роду.( 4 год.)

Методичні рекомендації:Скористуватися літературою , вказаною нижче.

РОЗПОДІЛ БАЛІВ ЗА МОДУЛЯМИ ТА ВИДАМИ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ



Теоретичні модулі

Практичні модулі

Сума


Блок

змістових

модулей І

Блок

змістових

модулей ІІ

Блок змістових модулей ІІІ

Модуль поточної успішності

Модуль розв’язування задач

20

20

20

20


20


100



Теоретичні питання до модульного контролю

1 модуль(блок змістових модулей1)

  1. Предмет, задачі, методи молекулярної фізики та та термодинаміки.

  2. Основні положення МКТ і їх експериментальне підтвердження.

  3. Основні фізичні величини і поняття МКТ.

  4. Ідеальний газ. Основне рівняння МКТ ідеального газу.

  5. Температура. Методи вимірювання температури. Шкали температур.

  6. Рівняння стану ідеального газу.

  7. Експериментальні газові закони. Закон Бойля-Маріотта, Гей-Люссака, Авогадро, Дальтона. Коефіцієнти, що характеризують газ при різних процесах.

  8. Деякі поняття теорії ймовірності.

  9. Розподіл Максвела по компонентам швидкості, по модулю швидкості молекул.

  10. Характеристичні швидкості в розподілі Максвела.

  11. Властивості розподілу Максвела по модулю швидкості. Розподіл по відносній швидкості.

  12. Вимірювання швидкості молекул. Дослід Штерна.

  13. Барометрична формула. Розподіл Больцмана. Розподіл Максвелла- Больцмана.

  14. Експериментальне визначення числа Авогадро.

  15. Флуктуації в ідеальному газі та їх прояв.

  16. Явища переносу у газах. Середня довжина і середній час вільного пробігу молекул. Ефективний переріз молекули. Ефективний діаметр молекули.

  17. Дифузія.

  18. Теплопровідність.

  19. В’язкість.

  20. Вакуум. Властивості розрідженого газу.

  21. Явище переносу при низьких тисках.



2 модуль (блок змістових модулей 2)

  1. Термодинамічна система. Рівноважні стани. Параметри стану. Внутрішня енергія. Робота і теплота як форми обміну енергією між системами. Квазістатичні процеси.

  2. Перше начало термодинаміки. Застосування першого начала термодинаміки до ізопроцесів. Робота в ізопроцесах.

  3. Теплоємність. Рівняння Майєра.

  4. Адіабатний процес. Рівняння Пуасона. Робота в адіабатному процесі.

  5. Політропний процес. Рівняння політропи.

  6. Теплоемність ідеального газу. Розподіл енергії молекул за степенями вільності.

  7. Оборотні та необоротні процеси. Циклічні процеси. Теплова та холодильна машини.

  8. Цикл Карно та його коефіцієнт корисної дії..

  9. Постулати другого начала термодинаміки. Теореми Карно.

  10. Поняття про ентропію. Друге начало термодинаміки на мові ентропії.

  11. Основне рівняння термодинаміки. Зв’язок ентропії з параметрами стану.

  12. Статистичне тлумачення другого начала термодинаміки.

  13. Межі застосування другога начала термодинаміки.

  14. Трете начало термодинаміки. Теорема Нернста. Недосяжність абсолютного нуля температури.

  15. Реальні гази. Відхилення властивостей газів від ідеальності.

  16. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса.

  17. Порівняння ізотерм Ван-дер –Ваальса з експериментальними ізотермами реального газу.

  18. Критичний стан. Критичні параметри. Методи їх визначення.

  19. Недоліки рівняння Ван-дер-Ваальса. Зведене рівняння.

  20. Внутрішня енергія реального газу.

  21. Ефект Джоуля-Томсона.

  22. Одержання низьких температур. Зрідження газів.



3 модуль (блок змістових модулей 3)

  1. Рідини. Загальна характеристика рідкого стану.

  2. Поверхневий шар рідини. Поверхневий натяг. Лапласів тиск.

  3. Рівновага рідини на межі розділу з іншими рідинами та з твердим тілом.

  4. Капілярні явища.

  5. Фаза. Фазові перетворення. Випаровування, конденсація, кипіння.

  6. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса. Залежність тиску насичених парів від температури.

  7. Тиск насиченої пари над поверхнею викривленою поверхнею рідини.

  8. Розчини, теплота розчинення. Осмотичний тиск. Закон Вант-Гоффа.

  9. Загальна характеристика твердих тіл.

  10. Аморфні і кристалічні тіла. Плавлення твердих тіл.

  11. Фазова рівновага. Потрійна точка.

  12. Класифікація кристалів за типом зв'язку. Анізотропія кристалів. Дефекти в кристалах. Рідкі кристали по типу зв’язку і типу градки.

  13. Дефекти в кристалах.

  14. Теплове розширення твердих тіл.

  15. Теплоємність кристалів. Класична теорія теплоємності. Закон Дюлонга і Пті.

  16. Елементи квантових теорій (Ейнштейна і Дебая).

  17. Рідкі кристали.

  18. Основні уявлення про полімери.

П Л АН

практичних занять по курсу


Практичне заняття № 1.

Теоретичні питання: Основні поняття МКТ. Основне рівняння МК Т.

Практичне завданя: 12.1-12.4,12.16,12.22,12.24 Д/З: 12.15,12.18,12.23


Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 2.

Теоретичні питання: Рівняння стану ідеального газу.

Експериментальні газові закони.

Закон Авагадро.

Закон Дальтона

Семінар.

Савельев И.В.Курс Физики. Т.І. М.,Наука1989

Дущенко В.П.,Кучерук І.М. Загальна фізика. Молекулярна

Фізика і термодинаміка.-К: Вища школа,197ю431 ст.



Сивухин Д.В. Общий курс физики.-М,:Наука,1975 Т.2
Практичне заняття № 3

Теоретичні питання: Рівняння стану ідеальною газу. Газові закони.
Практичне завданя 12.28, 12.30, 12.37, 12.38, 12.41, 12.42, 12.45, 12.46, 12.48, 12.49, 12.56, 12.59, 12.62 Д/З; 12.31, 12.39, 12.47, 12.50-12.53.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 4

Теоретичні питання: Розподіл молекул за швидкостями. Розподіл Максвела.
Практичне завданя12.101, 12.103, 12.104, 12.112 – 12.115, 12.119.
Д/З: 12.106-12.108,12.116-12.118

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 5

Теоретичні питання: Барометрична формула. Розподіл Больцмана. Розподіл Максвела-Больцмана.
Практичне завданя 12.121-12.129 Д/З: 12.130-12.134.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 6

Теоретичні питання: Довжина вільного пробігу молекул. Ефективний діаметр молекул

Практичне завданя13.1-13.3,13.5-13.10. Д/3: 13.4,13.14,13.15.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 7

Теоретичні питання: Явища переносу в газах

Практичне завданя13.18, 13.20, 13.24, 13.27, 13.29, 13.35, 13,40. Д/З: 13.21, 13.31, 13.30.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 8

Індивідуальне заняття
Практичне заняття № 9

Теоретичні питання: Теплоємність газів.

Практичне завданя 14.1, 14.5-14.12. Д/3: 14.2-14.4.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993

Практичне заняття № 10-11

Теоретичні питання: І начало термодинаміки у застосуванні до ідеального газу.
Практичне завданя 14.6-14.17, 14.21, 14.25- 14.29, 14.30, 14.34- 14.37, 14.45 – 14.47. Д / 3: 14.22, 14.31, 14.41 - 14.47.
Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 12

Теоретичні питання: Теплові двигуни і холодильні машини.Цикл Карно і його к.к.д.
Практичне завданя15.1-15.4, 15.10, 15.16-15.18. Д/3: 15.6 - 15.8.Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 13

Теоретичні питання: ККД циклів.

Практичне завданя 15.23, 15.25, 15.27-15.29 Д/3: 15.24, 15.22, 15.30
Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 14

Теоретичні питання: Ентропія. ІІ начало термодинаміки.

Практичне завданя15.33, 15.38, 15.41-15.46. Д/3: 15.34-15.36.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 15.

Теоретичні питання: Реальні гази.

Семінар.


Література:Савельєв И.В.Курс Фізики. Т.І.М.,Наука1989

Дущенко В.П.,Кучерук І.М. Загальна фізика. Молекулярна

Фізика і термодинаміка.-К: Вища школа,197ю431 ст.

Сивухін Д.В. Общий курс физики.-М,:Наука,1975 Т.2




Практичне заняття № 16.

Теоретичні питання: Реальні гази.

Практичне завданя16.6-16.8, 16.14-16.17, 16.20 Д/З: 16.3-16.5.

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993

Практичне заняття № 17.

Теоретичні питання: Рідини.

Практичне завданя 16.50, 16.51, 16.54-16.57, 16.61 Д/3: 16.41, 16.49, 16.53

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993

Практичне заняття № 18.

Теоретичні питання: Теплові властивості твердих тіл. Фазові переходи.
Практичне завданя17.9, 17.11, 17.21-17.23. Д/3: 17.6, 17.20, 17.24

Література: Загальна фізика: Збірник задач/За заг.ред. І.Т.Горбачука.-К.:Вища школа.,1993
Практичне заняття № 19.

Контрольна робота



Практичне заняття № 20.

Індивідуальне заняття



ПРИКЛАДИ ЗАДАЧ, ЩО ВИНОСЯТЬСЯ НА САМОСТІЙНІ ТА КОНТРОЛЬНУ РОБОТУ

  1. Визначити густину кисню при нормальному тиску і температурі 100°С, а також масу однієї молекули кисню.

  2. У відкритій посудині при t1=20°С є m1=150 г повітря. На яку величину Dm зменшиться маса повітря у посудині при нагріванні її до t2=100°С? Зміною розмірів посудини при нагріванні знехтувати.

  3. Нагріваючи газ при сталому об'ємі на 1 К, його тиск змінили на 0,2%. Яка була початкова температура газу?

  4. При нормальних умовах густина ацетилену =1,16 кг/м3. Визначити його густину при тиску p=12,6 кПа і температурі t=27°С.

  5. Відкрита посудина нагріта до t2=727°С. Яка частина повітря (за масою) залишилась у посудині в порівнянні з тією масою повітря, що була при t1=27°С?

  6. Газ стискується ізотермічно від об'єму V1=10 дм3 до об'єму V2=5 дм3. Тиск при цьому змінився на Dp=6 кПа. Визначити початковий тиск газу.

  7. Обчислити зміну маси повітря в посудині місткістю V=10 дм3, як що при зміні температури від t1=20°С до t2=70°С тиск змінився від 100 до 120 кПа.

  8. Стінки балона, який містить m1=1,5 кг азоту, руйнуються при температурі t1=300°С. Яку масу водню можна зберігати в цьому балоні при температурі t2=25°С і восьмикратному запасі міцності?

  9. З кисневого балона місткістю V=0,1 м3 і початковим тиском p=12,5 МПа при температурі t1=25°С повільно виходить газ. Яка маса кисню вийшла, якщо при підвищенні температури до 35°C тиск у балоні не змінився?

  10. Знайти густину водню в посудині, якщо відомо, що середня довжина вільного пробігу його молекул 1,2 мм.

  11. Знайти, чому дорівнює середня довжина вільного пробігу молекул азоту при температурі t=77°С і тиску p=133 Па.

  12. Кисень масою 80 г ізобарно нагрівають від 15 до 115 °С. Визначити: а) роботу, виконану газом; б) зміну внутрішньої енергії; в) кількість підведеної теплоти.

  13. При розширенні маси m=56 г азоту виконана робота А=28 Дж. Яка кількість теплоти була надана газу, якщо процес його розширення відбувався: а) ізобарно; б) ізотермічно?

  14. Газ гелій при сталому тиску p=200 кПа розширюється від об'єму V1=3 дм3 до об'єму V2=8 дм3. Визначити роботу розширення газу і приріст його внутрішньої енергії.

  15. Водень масою m=5 г, ізотермічно розширюючись при температурі t=22°С, виконує роботу А=1,84 кДж. У скільки разів при цьому змінюється тиск водню?

  16. Визначити середню квадратичну, середню арифметичну і найбільш імовірну швидкості молекул повітря при температурі t =27о С.

  17. Густина газу в посудині при тиску р = 90 кПа дорівнює ρ = 0,6 кг/м3 . Яка середня квадратична швидкість молекул цього газу?

  18. При нагріванні 1 кг невідомого газу в балоні на 1 К при сталому об’ємі витрачається 704,8 Дж теплоти, а при сталому тиску 958,8 Дж. Встановити, який це газ?

  19. Відношення молярних теплоємностей суміші газів γ= 1,38. Визначити масу азоту в суміші, якщо відомо, що до її складу входить 8 г метану. Молекули газів вважати жорсткими.

  20. Ідеальна теплова машина, яка працює за циклом Карно, 2/3 теплоти, одержаної від нагрівника, передає холодильнику з температурою 10 оС. Визначити температуру нагрівника.

  21. Внаслідок ізотермічного розширення в циклі Карно газ дістав від нагрівника 150 Дж теплоти. Визначити роботу ізотермічного стиснення цього газу, якщо відомо, що ККД циклу 0,4.

  22. Знайти зміну ентропії одного моля ідеального газу при адіабатному, ізотермічному, ізохорному та ізобарному процесах.

  23. Чому в сухому повітрі людина може витримувати температуру понад 100 оС?

  24. Чому в спеціально охолоджуваних приміщеннях часто буває вогко?

  25. Чому не буває роси під густим деревом?

  26. Температура газу в металевому балоні змінюється від 293,15 до 373,15 К. Як при цьому зміняться тиск та середня кінетична енергія поступального руху молекул газу?

  27. Скільки молекул міститься в 4 г кисню?

  28. На дні озера глибиною h=20 м температура води t1=7 оС. Бульбашка повітря, яка на дні озера має об’єм V1=2 мм3, повільно піднімається. Який об’єм матиме бульбашка повітря біля поверхні води, якщо атмосферний тиск нормальний? Тиском зумовленим поверхневим натягом, знехтувати. Температура на поверхні води 17оС.

  29. Легкорозтяжну повітряну кулю масою m1=100 кг заповнено m2=200 кг азоту при нормальному атмосферному тиску. До якої температури треба нагріти азот у тепло ізолюючий повітряній кулі, щоб вона піднялася?

  30. У балоні електролампочки об’ємом 100 см3 міститься 100 мг гелію. Знайти середню довжину вільного пробігу молекул гелію.



Лабораторний практикум
На лабораторний практикум з молекулярної фізики за навчальною програмою відведені 50 год.

Практикум складається з 14 лабораторних робіт. На виконання кожної роботи відводиться 2 год. (1 пара), крім роботи №8, яка є 4-х годинною. Лабораторний практикум включає в себе два цикли по 7 лабораторних робіт, кожна з яких оцінюються максимум в 7 балів (2 бали - за допуск, 5 балів -за оформлення результатів та здачу теорії). Робота №8 оцінюється в 9 балів (за допуск до 1 частини - 2 бали, за допуск до другої частини - 2 бали, за здачу роботи в цілому 5 балів).

Кожен цикл це окремий модуль. Максимальна кількість балів, які можна отримати

за перший модуль – 49 балів,

за другий модуль – 51 бал.

Всього – 100 балів.



За результатами навчання студент отримує залік з молекулярної фізики з виставленням оцінки у відповідності з набраною кількістю балів.

Список лабораторних робіт



  1. Вивчення способів вимірювання температури.

  2. Вивчення способів вимірювання тиску.

  3. Визначення густини повітря.

  4. Визначення середньої довжини вільного пробігу та ефективного диаметру молекул повітря.

  5. Визначення коефіцієнту дифузії водяної пари в повітрі.

  6. Визначення сталої Больцмана.

  7. Вимірювання розмірів молекул олеїнової кислоти

  8. Визначення відношення теплоємностей газу Cp/Cvметодом Клемана-Дезорма та за швидкістю звука в повітрі.

  9. Визначення коефіцієнту поверхневого натягу рідини методом відриву крапель.

  10. Визначення поверхневого натягу методом підняття в капілярах та методом поверхневих хвиль.

  11. Визначення критичної температури етилового ефіру.

  12. Визначення вологості повітря.

  13. Визначення питомої теплоємності металів методом охолодження.

14.Вивчення процесу електровідкачки.
Графік лабораторних робіт
І – модуль ІІ - модуль

№ п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

15

17

18

19

20

21

22

23

24

25

1

1

2

3

0

4

0

5

6

0

7

0

Підсумкове заняття І циклу

8

8

9

0

10

11

0

12

13

14

0

Підсумкове заняття ІІ циклу

Загальне підсумкове заняття

2

2

3

0

4

5

6

0

7

0

1

0

9

10

0

11

12

0

13

14

0

8

8

3

3

0

4

5

0

7

1

0

2

0

6

10

0

8

8

0

9

12

0

14

11

10

4

4

0

5

6

0

3

0

1

7

2

0

11

0

10

14

8

8

0

9

0

12

13

5

5

0

6

7

0

2

4

0

1

0

3

12

0

11

13

14

8

8

0

10

0

9

6

6

1

0

2

7

0

3

4

0

5

0

13

14

0

10

11

0

9

8

8

0

12

7

7

4

0

1

6

0

2

0

3

0

5

14

8

8

0

9

10

0

11

12

13

0



Контрольні запитання до лабораторних робіт
1. Вивчення способів вимірювання температури.

1. Поняття температури.

2. Шкали температур, зв’язок між ними.

3. Методи вимірювання температури.



4. Як виміряти дуже низкі та дуже високі температури
2. Вивчення способів вимірювання тиску.

  1. Поняття тиску газу.

  2. Одиниці вимірювання тиску.

  3. Прилади для вимірювання тиску.

  4. Зв’язок між тиском газу і абсолютною температурою.



3. Визначення густини повітря.

  1. Основне рівняння МКТ.

  2. Склад атмосферного повітря.

  3. Молярна маса повітря. «Молекула повітря».

  4. Газові закони.


4. Визначення середньої довжини вільного пробігу

та ефективного діаметру повітря.

  1. Середня довжина вільного пробігу молекул, число зіткнень, ефективний діаметр.

  2. В’язкість газів, коефіцієнт в’язкості.

  1. Визначення коефіцієнту дифузії водяного пару в повітрі.

  1. Явище переносу в газах.

  2. Дифузія.

  3. Коефіцієнт дифузії. Його залежність від температури та тиску.



  1. Визначення сталої Больцмана.

  1. Стала Больцмана і її фізичний зміст. Зв’язок між термодинамічною імовірністю і ентропією.

  2. Методи визначення сталої Больцмана.



  1. Визначення розмірів молекул олеїнової кислоти.

  1. Основні положення МКТ і їх дослідне обґрунтування.

  2. Моделі молекули. Розміри та маса молекул. Методи їх визначення.

  3. Прості і складні молекули.



  1. Визначення відношення теплоємностей газу Ср/Сv методом Клемана-Дезорма та за швидкістю звука.




  1. І начало термодинаміки.

  2. Теплоємність. Рівняння Майора.

  3. Використання І начала до ізопроцесів.

  4. Адіабатичний процес. Рівняння Пуасона. Робота в адіабатичному процесі.

  5. Політропний процес. Рівняння політропі.

  6. Зв’язок між Cp/Cv газу і швидкістю звука.


9, 10. Визначення коефіцієнту поверхневого натягу рідини.

  1. Загальна характеристика рідкого стану. Класичні уявлення про будову рідини.

  2. Поверхневий шар. Поверхневий натяг. Коефіцієнт поверхневого натягу.

  3. Хвилі на поверхні рідини.

4.Змочування, незмочування, капілярні явища.

11. Визначення критичної температури етилового ефіру.

  1. Реальні гази.

  2. Рівняння Ван-дер-Ваальса.

  3. Порівняння ізотерми Ва-дер-Ваальса з експериментальними ізотермами.

  4. Критичний стан. Критичні параметри.

  5. Зрідження газів.


12. Визначення вологість повітря.

  1. Парціальний тиск.

  2. Абсолютна та відносна вологість.

  3. Методи визначення вологості повітря. Точка роси.



13. Визначення питомої теплоємності металів.

  1. Поняття теплоємності.

  2. Елементи класичної теорії теплоємності твердих кристалічних тіл. Закон Дюлонга і Пті. Недоліки класичної теорії теплоємності.

  3. Елементи квантової теорії теплоємності кристалів.




  1. Вивчення процесу електровідкачки.

  1. Вакуум. Ступені вакууму.

  2. Способи одержання високого вакууму.

  3. Методи вимірювання низьких тисків.

Всі лабораторні роботи забезпечені інструкціями, з якими можна ознайомитися в 136 ауд. у лаборанта з 12 30 до 12 50 протягом робочого тижня.


Примітки.

1. При підготовці до лабораторної роботи, окрім інструкції, студент користується конспектами лекцій по курсу, а також підручниками та навчальними посібниками, що були вказані у списку рекомендованої літератури.

2. У висновках до лабораторної роботи студент повинен, в обов’язковому порядку, провести аналіз одержаних результатів, оцінити їх фізичну достовірність та визначити похибки.

ІІІ. ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ, РЕКОМЕНДОВАНОЇ ДЛЯ

ВИВЧЕННЯ КУРСУ


№ п/п.

Література:

Кількість екземплярів

(у бібліотеці)



1.

2.

3.

1.

Савельев И.В. Курс ф1зики.Т.1 М.,Наука 1989 .

40

2.

Дущенко В.П., Кучерук 1.М. Загальна ф1зика. Молекулярна ф1зика 1 термодинам1ка. -К : Вища школа.,1987. 431 ст.

35

3.

Сивухин Д.В. Общий курс физики. –М,: Наука ,1975 Т.2

10

4

Трофимова Т.И. Курс физики. М.,Наука 1985

20

5

Радченко 1.В. Молекулярна ф1зика .К.,Вища школа 1959.

8

6

Матвеев А.Н. Молекулярная физика .-М.: Высш.шк.,1981

7

7

Цмоць В. Молекулярна фізика. Навчальний посібник для студентів педагогічних університетів.–Дрогобич:Коло, 2005.–358 с.

20

8

Кікоін І.К., Кікоін А.К., Молекулярна фізика. – К.:Радянська школа, 1968.–476 с.

18

9

Кучерук І.М., Горбачу І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики. – Т.1. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка.–К.: Техніка, 1999.–534 с.

25

10

Кучерук І.М., Горбачу І.Т. Загальний курс фізики. – Т.1. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка.–К.: Техніка, 2006.–534 с.

25

11

Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. Книга 1.–К.: Вища школа, 2002.–376 с.

18

12

Загальна фізика. Збірник задач / За заг. ред.. Горбачука І.–К.: Вища школа, 1993.–360 с.

35

13

Загальна фізика. Збірник задач / За заг. ред.. Гаркуша І.П.–К.: Техніка, 2004.–560 с.

20

14

Мороз І.О., Яременко О.В. Основи молекулярної фізики. Навчальний посібник для студентів фізико-математичних факультетів педагогічних та класичних університетів. – Суми: СумДПУ імені А.С. Макаренка, 2007. – 268 с.

35



База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка