Что такое дискретное строение в физике
Дискретное строение вещества
Нас окружает много тел, состоящих из различных веществ. Еще в глубокой древности людям было интересно, из чего же состоит вещество. Две с половиной тысячи лет до нашего времени, древнегреческий ученый Демокрит, выдвинул гипотезу, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, то есть имеют дискретное (прерывистое строение).
Увидеть эти частицы невооруженным взглядом не представлялось возможным, что и затрудняло развитие этой идеи, ведь все тела представляются нам сплошными, а не состоящими из отдельных частиц.
Принцип дискретности вещества
За много лет прошедших с того времени атомистическая идея строения вещества проверялась, совершенствовалась и экспериментально обосновывалась. Огромный вклад в учение о строении вещества внесли наш великий русский ученый М.С. Ломоносов и английский ученый химик Дж.Дальтон. Их идеи были дополнены работами Д.И.Менделеева, А.М.Бутлерова и ряда других ученых.
Принцип дискретности (прерывистости) вещества, который положен в основу молекулярно — атомарного строения вещества, гласит, что вещество не является сплошным, оно состоит из мельчайших не видимых нашему взгляду частиц.
Мельчащая частица вещества – молекула. Молекула – нейтральная частица вещества, состоит из атомов и является носителем химических свойств этого вещества.
В свою очередь атом – это наименьшая частица химического элемента, состоящая из элементарных частиц (нейтронов, протонов, электронов). Атом является носителем свойств химического элемента. Атомы у разных химических элементов различны. Если соединить атомы одного и того же химического элемента получим простые вещества. При образовании сложных веществ соединяются атомы разных химических элементов. Молекулы можно поделить на атомы, которые в свою очередь, соединяясь с другими атомами, могут образовывать новые вещества.
В составе молекулы может быть разное количество атомов, например, у инертных газов (аргон, гелий и другие), у паров металлов это один атом. У водорода, азота и кислорода молекула состоит из двух, у углекислоты из трех атомов. В состав молекул полимерных веществ входят сотни и даже до тысячи атомов.
Молекулы и атомы вещества находятся в непрерывном движении. При увеличении температуры интенсивность этого движения увеличивается. Характер движения молекул и атомов зависит от агрегатного состояния вещества.
Молекулы очень малы, и об этом можно судить, исходя из возможности получать очень малые количества вещества. Например, если взять 1 мл. раствора полученного из одного литра чистой воды и 1 мл. чернил, и развести его в одном литре воды (разведение в 1 000 000 раз), то можно увидеть, что полученный раствор будет однороден и будет иметь бледную окраску чернил.
На сегодняшний день, можно сфотографировать не только крупные молекулы, но и атомы благодаря электронному микроскопу.
Что такое дискретное строение в физике
Все вещества, независимо от их агрегатного состояния, состоят из огромного числа частиц (молекул, атомов или ионов), эти частицы непрерывно и хаотически движутся, а также взаимодействуют между собой. Эти положения имеют опытное подтверждение.
Опытным обоснованием дискретности строения вещества является растворение краски в воде, приготовление чая и многие технологические процессы.
Непрерывность, хаотичность движения частиц вещества подтверждается существованием ряда явлений: диффузии — самопроизвольного перемешивания разных веществ вследствие проникновения частиц одного вещества между частицами другого; броуновского движения — беспорядочного движения взвешенных в жидкостях мелких частиц под действием ударов молекул жидкости.
О том, что частицы вещества взаимодействуют между собой, говорят опытные факты: притяжение (слипание, смачивание, усилие при растяжении), отталкивание (упругость, несжимаемость твердых и жидких тел). Силы взаимодействия частиц вещества проявляются только на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц.
Агрегатное состояние вещества зависит от характера движения и взаимодействия частиц. Газообразное состояние (газы легко сжимаются, занимают весь объем, имеют малую плотность) характеризуется большими расстояниями и слабым взаимодействием частиц вещества; жидкое состояние (жидкости практически не сжимаются, принимают форму сосуда) характеризуется плотной упаковкой и ближним порядком в расположении частиц; твердое состояние (тела несжимаемы), кристаллическое строение характеризуется плотной упаковкой и дальним порядком в расположении частиц.
§ 12. Дискретное строение вещества
Прочтите внимательно строчки из стихотворения С. Щипачева:
«Другого ничего в природе нет,
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все — от песчинок малых до планет —
Из элементов состоит единых».
О каких «элементах» здесь идет речь?
Все тела, окружающие нас, изготовлены из каких-либо веществ: ручка — из пластмассы, карандаш — из древесины и графита, лампочка — из стекла, меди, вольфрама (нить лампочки). Есть вещества, без которых человек не может жить. Это вода, кислород и др. Без воды человек может прожить не больше недели, а без кислорода — лишь несколько минут. Вещества обладают различными, только им присущими свойствами: цвет, запах, твердость, плотность, текучесть и др. А что общее у всех веществ?
Проведем такой опыт. В стакан с водой всыпем ложку сахара и размешаем. Крупинки сахара стали невидимыми, а вода стала сладкой. Значит, сахар не исчез. Он остался в воде. Но почему крупинки не видны? Они распались на мельчайшие частицы, невидимые глазом.
Мельчайшие частицы вещества, способные существовать самостоятельно и сохраняющие все основные свойства вещества, называются молекулами.
Не только сахар, но и все вещества имеют дискретное (прерывистое) строение. Они состоят из мельчайших частиц. Разные вещества состоят из различных молекул, поэтому и свойства их отличаются. Гипотеза о дискретном строении вещества была выдвинута греческим философом Демокритом еще 25 веков тому назад. Легенда рассказывает, что однажды Демокрит сидел на камне у моря, держал в руке яблоко и размышлял: «Если я сейчас это яблоко разрежу пополам — у меня останется половина яблока; если я затем эту половину снова разрежу на две части — останется четверть яблока; но если я и дальше буду продолжать такое деление, то не приведет ли это к тому, что оставшаяся часть уже не будет обладать свойствами яблока?» Демокрит пришел к выводу, что предел делению существует, и назвал эту последнюю, уже неделимую частицу «атом» — «неразрезаемый» (неделимый).
Из атомов состоят молекулы. Некоторые вещества состоят только из атомов. На рисунке 74 изображена модель молекулы воды. Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. А вот алмаз (рис. 75) состоит только из атомов углерода. Всего в природе встречается 92 вида различных атомов. Кроме того, в научных лабораториях получено более 30 видов атомов. Как из 33 букв алфавита образуется множество разных слов, так из атомов образуется множество различных молекул, от самых простых до очень сложных (рис. 76). Из этих молекул состоит все разнообразие веществ.
Молекулы вещества можно разделить на атомы. Атомы, соединяясь с другими атомами, образуют новые вещества с новыми свойствами. Например, вода под действием электрического тока может превратиться в газы: водород и кислород (рис. 77). Их свойства отличаются от свойств воды.
При нагревании вода переходит в газ (пар), при охлаждении — в лед. И пар, и вода, и лед состоят из одинаковых молекул (рис. 78).
Хотя молекулы воды, льда и пара одинаковы, но они по-разному взаимодействуют друг с другом, и свойства льда, воды и пара разные.
Дискретное строение вещества подтверждают многие наблюдаемые явления. Это возможность существования вещества в трех состояниях (рис. 79): твердом, жидком и газообразном. Это смешивание жидкостей, окрашивание жидкостей (рис. 80). Это растекание масла по поверхности воды и образование пятна определенной площади (рис. 81).
Теория о дискретном строении вещества является самой главной в наших знаниях о природе. Известный американский физик-теоретик Ричард Фейнман писал: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания были уничтожены, и к грядущим поколениям могла бы перейти только одна фраза, содержащая самое малое количество слов и самую большую информацию, то это была бы фраза о дискретном строении вещества: «Все тела состоят из атомов и молекул, которые находятся в непрерывном хаотическом движении, притягиваются на малых расстояниях и отталкиваются, если плотно прижаты друг к другу».
Сделайте дома сами
Налейте в тарелку воды и капните по возможности малую каплю масла (лучше машинного). Опишите наблюдаемое явление.
Представим себе, что мы нанизали на воображаемую нить все молекулы, находящиеся в 1 см 3 воздуха, так, чтобы они касались друг друга. Получившейся нитью можно было бы 200 раз обмотать по экватору земной шар. Так велико число молекул в 1 см 3 воздуха и так малы их размеры!
Есть вещества, молекулы которых во много раз больше по массе и числу атомов, чем, например, молекула воды. Масса молекулы некоторых белковых веществ примерно в миллион раз больше массы молекулы воды. Молекула гемоглобина, красящего вещества крови, состоит из 1400 атомов, что примерно в 466 раз больше, чем атомов в молекуле воды.
§ 12. Дискретное строение вещества
Прочтите внимательно строчки из стихотворения С. Щипачева:
«Другого ничего в природе нет,
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все — от песчинок малых до планет —
Из элементов состоит единых».
О каких «элементах» здесь идет речь?
Все тела, окружающие нас, изготовлены из каких-либо веществ: ручка — из пластмассы, карандаш — из древесины и графита, лампочка — из стекла, меди, вольфрама (нить лампочки). Есть вещества, без которых человек не может жить. Это вода, кислород и др. Без воды человек может прожить не больше недели, а без кислорода — лишь несколько минут. Вещества обладают различными, только им присущими свойствами: цвет, запах, твердость, плотность, текучесть и др. А что общее у всех веществ?
Проведем такой опыт. В стакан с водой всыпем ложку сахара и размешаем. Крупинки сахара стали невидимыми, а вода стала сладкой. Значит, сахар не исчез. Он остался в воде. Но почему крупинки не видны? Они распались на мельчайшие частицы, невидимые глазом.
Мельчайшие частицы вещества, способные существовать самостоятельно и сохраняющие все основные свойства вещества, называются молекулами.
Не только сахар, но и все вещества имеют дискретное (прерывистое) строение. Они состоят из мельчайших частиц. Разные вещества состоят из различных молекул, поэтому и свойства их отличаются. Гипотеза о дискретном строении вещества была выдвинута греческим философом Демокритом еще 25 веков тому назад. Легенда рассказывает, что однажды Демокрит сидел на камне у моря, держал в руке яблоко и размышлял: «Если я сейчас это яблоко разрежу пополам — у меня останется половина яблока; если я затем эту половину снова разрежу на две части — останется четверть яблока; но если я и дальше буду продолжать такое деление, то не приведет ли это к тому, что оставшаяся часть уже не будет обладать свойствами яблока?» Демокрит пришел к выводу, что предел делению существует, и назвал эту последнюю, уже неделимую частицу «атом» — «неразрезаемый» (неделимый).
Из атомов состоят молекулы. Некоторые вещества состоят только из атомов. На рисунке 74 изображена модель молекулы воды. Она состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. А вот алмаз (рис. 75) состоит только из атомов углерода. Всего в природе встречается 92 вида различных атомов. Кроме того, в научных лабораториях получено более 30 видов атомов. Как из 33 букв алфавита образуется множество разных слов, так из атомов образуется множество различных молекул, от самых простых до очень сложных (рис. 76). Из этих молекул состоит все разнообразие веществ.
Молекулы вещества можно разделить на атомы. Атомы, соединяясь с другими атомами, образуют новые вещества с новыми свойствами. Например, вода под действием электрического тока может превратиться в газы: водород и кислород (рис. 77). Их свойства отличаются от свойств воды.
При нагревании вода переходит в газ (пар), при охлаждении — в лед. И пар, и вода, и лед состоят из одинаковых молекул (рис. 78).
Хотя молекулы воды, льда и пара одинаковы, но они по-разному взаимодействуют друг с другом, и свойства льда, воды и пара разные.
Дискретное строение вещества подтверждают многие наблюдаемые явления. Это возможность существования вещества в трех состояниях (рис. 79): твердом, жидком и газообразном. Это смешивание жидкостей, окрашивание жидкостей (рис. 80). Это растекание масла по поверхности воды и образование пятна определенной площади (рис. 81).
Теория о дискретном строении вещества является самой главной в наших знаниях о природе. Известный американский физик-теоретик Ричард Фейнман писал: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания были уничтожены, и к грядущим поколениям могла бы перейти только одна фраза, содержащая самое малое количество слов и самую большую информацию, то это была бы фраза о дискретном строении вещества: «Все тела состоят из атомов и молекул, которые находятся в непрерывном хаотическом движении, притягиваются на малых расстояниях и отталкиваются, если плотно прижаты друг к другу».
Сделайте дома сами
Налейте в тарелку воды и капните по возможности малую каплю масла (лучше машинного). Опишите наблюдаемое явление.
Представим себе, что мы нанизали на воображаемую нить все молекулы, находящиеся в 1 см 3 воздуха, так, чтобы они касались друг друга. Получившейся нитью можно было бы 200 раз обмотать по экватору земной шар. Так велико число молекул в 1 см 3 воздуха и так малы их размеры!
Есть вещества, молекулы которых во много раз больше по массе и числу атомов, чем, например, молекула воды. Масса молекулы некоторых белковых веществ примерно в миллион раз больше массы молекулы воды. Молекула гемоглобина, красящего вещества крови, состоит из 1400 атомов, что примерно в 466 раз больше, чем атомов в молекуле воды.
Конспект урока «Дискретное строение вещества»
Развернутый конспект урока в 7 классе по учебнику Физика. 7 класс. Авторы: Исаченкова Л. А., Лещинский Ю, 2017
Просмотр содержимого документа
«Конспект урока «Дискретное строение вещества»»
Тема урока: Тела и вещества. Дискретное строение вещества.
Другого ничего в природе нет,
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все – от песчинок малых до планет –
Из элементов состоит единых.
Образовательные – познакомить учащихся со строением вещества, дать учащимся первоначальные сведения о молекулах, понятие о дискретности вещества, представление о размерах молекул. Показать необходимость изучения данной темы и использование знаний по теме на практике.
2. Развивающие – развитие таких мыслительных операций как анализ, сопоставление, сравнение, умение выделять главное, существенное в изучаемом материале. Развивать логически излагать свои мысли; развивать эмоции учащихся, создавая на уроке ситуации занимательности; формировать потребность в дополнительном, послеучебном познавательном труде; способствовать обогащению словарного запаса, прививать культуру умственного труда;
3. Воспитательные – приучать детей к аккуратному ведению записей в тетради, к доброжелательному общению, взаимопомощи, к самоконтролю; воспитывать чувство сопереживания за товарищей, формировать познавательный интерес к физике.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Общие методы обучения: эвристический, исследовательский
Оборудование: мензурки, вода, марганцовка, сахар-рафинад.
Актуализация опорных знаний.
Освоение нового материала.
Закрепление и первичная проверка материала.
1. Этап начальной организации урока.
Задача: подготовить учащихся к работе на уроке.
Содержание: взаимное приветствие учителя и учащихся, определить отсутствующих, проверить готовность учащихся к уроку, организовать внимание учащихся, проверить готовность оборудования.
2. Актуализация опорных знаний.
Задача: вспомнить изученный ранее материал.
Учитель: Ребята, эпиграфом к сегодняшнему уроку послужили строки из стихотворения советского поэта Степана Петровича Щипачева
Другого ничего в природе нет,
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все – от песчинок малых до планет –
Из элементов состоит единых.
Догадываетесь ли вы о каких «элементах» идет речь в стихотворении?
Учитель выслушивает ответы.
Прежде, чем мы приступим к этой интереснейшей теме, давайте-ка начнем с повторения.
Что называется физическим телом? Приведи примеры.
Что называется физическим веществом? Приведите примеры.
Что такое физическое явление? Приведите примеры.
Итак, физика изучает физические явления. Изучить – значит объяснить, почему так, а не иначе протекает данное явление. Вы ежедневно сталкиваетесь с различными физическими явлениями и в большинстве случаев можете точно сказать, как они закончатся.
Предлагаю вам закончить фразы:
Если капнуть каплю краски в стакан с водой, то…
Если открыть флакон с духами, то…
Если нагреть лёд, то…
Если сжать два кусочка пластилина, то…
Если с силой ударить по стеклу, то…
Если опустить термометр в горячую воду, то…
Итак, давая свои ответы, вы руководствовались определенными знаниями, которые вы получили на уроках природоведения и из житейского опыта. А теперь подумайте, сможете ли вы ответить на такие вопросы:
Почему вода растекается по поверхности стола, а книга нет?
Почему твердое тело трудно сжать, а газ легко?
Почему, если намочить классную доску, то скоро она вновь станет сухой (вода испарится), а сама доска не испаряется?
Почему все вещества обладают такими разными свойствами?
Подобные вопросы уже вызывают определенные затруднения. Это происходит потому, что нам не хватает сведений о строении веществ. Именно об этом и пойдет сегодня речь.
Сегодня на уроке мы:
узнаем, из чего состоят вещества;
рассмотрим опыты, подтверждающие строение вещества из мельчайших частиц.
Запишем тему урока – «Тела и вещества. Дискретное строение вещества».
3. Этап изучения нового материала.
Задача: познакомить учащихся со строением вещества, дать учащимся первоначальные сведения о молекулах, понятие о дискретности вещества, представление о размерах молекул. Показать необходимость изучения данной темы и использование знаний по теме на практике.
Многие примеры подтверждают то, что все вещества состоят из мельчайших частиц. Рассмотрим несколько таких примеров.
Демонстрация 1. Окрашивание воды марганцовкой.
При многократном разбавлении раствора марганцовки водой окраска все равно сохраняется. При каждом последующем разделении раствора количество частиц красителя в растворе становится все меньше и меньше. И тогда напрашивается вопрос: можно ли делить вещество (в нашем случае краситель) на части до бесконечности?
Проведем второй опыт.
Можно ли разделить кусочек сахара на кусочки? Безусловно. Ломаем, затем крошим.
А можно ли разделить крупинки сахара на еще более мелкие части? Да, можно. Растворим крупинки сахара в воде, крупинки стали невидимыми, а вода сладкой. Значит, сахар не исчез. Он остался в воде. Но почему крупинки не видны? Они распались на мельчайшие частицы, невидимые глазом.
Давайте обобщим выводы из наших опытов
Все вещества состоят из частиц.
Эти частицы очень малы по размеру.
Самая мельчайшая частичка воды – молекула воды. Все молекулы воды абсолютно одинаковые. Самая мельчайшая частица сахара – молекула сахара. Все молекулы сахара также одинаковые. Их строение таково, что сахар на вкус сладкий. А строение молекул воды таково, что чистая вода сладкой не кажется. Сладкий вкус – одно из многих химических свойств молекул сахара.
Итак, запишем определение:
Молекула – это мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства.
Если бы мы смогли рассмотреть окружающие нас тела в микроскоп с увеличением в миллиарды раз, то увидели бы эти мельчайшие частицы.
ЦОР. Строение вещества http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/4dc8092d-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/116994/?interface=catalog&class=49&subject=30 (модель строения вещества)
Можно ли молекулы делить на части?
Сложные опыты (о них будем говорить в старших классах и на уроках химии) показали, что молекулы делимы. Молекулы состоят из еще более маленьких частиц – атомов.
Слово «атом» ввел в употребление Демокрит. В переводе на русский язык оно означает «неделимый».
Атомы – это «кирпичики», из которых строятся молекулы любого вещества.
Различных сортов атомов около сотни. 
Каждый сорт атомов имеет свое название и принятое во всем мире обозначение из одной или двух латинских букв.
Атомы, соединяясь друг с другом, образуют молекулы.
Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Обозначение молекулы воды Н2О.
(Рассмотреть рис.44 и 46а) в учебнике на стр. 31)
Почему же именно молекула, а не атом считается наименьшей частицей вещества?
Атомы и молекулы нельзя увидеть в оптический микроскоп, но их можно сфотографировать с помощью электронного микроскопа.
Демонстрация 3. Видеоролик «Молекула. Атом. Вещество».
Из курса природоведения вам известно, что вещество может находиться в
трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном. Рассмотрим такое вещество, как вода. При нагревании вода переходит в пар, а при охлаждении – в лед.
Как вы думаете, молекулы, из которых состоит вода, лед и пар одинаковы или разные? Давайте обратимся к нашему учебнику и найдем правильный ответ (Рассмотреть рис.48) в учебнике на стр. 31)
Молекулы воды, пара и льда одинаковы, но т.к. взаимодействуют они по-разному, то и свойства льда, пара и воды разные.
Какие еще опыты и наблюдения подтверждают дискретное строение вещества? Ответ найдите в учебнике.
Приведите свои примеры делимости вещества на малые частицы (мел, вода из пульверизатора, кусочек сахара, растекание капли бензина на поверхности воды
Для построения «шеренги» из молекул длиной всего 5 мм (1 клетка листа тетради) понадобилось бы 12,5 млн молекул.
Молекула гемоглобина состоит из 1400 атомов.
4. Этап первичной проверки понимания учащимися нового учебного материала.
Задача: Установить, поняли ли учащиеся новый материал. Устранить проблемы в понимании материала. Научить применять полученные знания при решении качественных и количественных задач.
Вопросы для обсуждения:
Можно ли тело разделить на любое, сколь угодно большое число частей?
Что означает выражение «все вещества имеют дискретное строение»?
Являются ли дискретными следующие величины: а) расстояние, проходимое телом; б) промежуток времени; в) объем маленькой капельки?
Какими экспериментами можно подтвердить дискретность строения вещества?
Какие частицы называются молекулами?
«Молекула вещества – мельчайшая частица данного вещества». Можно ли убрать слово «мельчайшая»? Как изменится смысл утверждения?
Из чего состоят молекулы?
Почему мельчайшей частицей вещества считают молекулу, а не атом?
На фотоснимке видимый диаметр молекулы некоторого вещества равен 0,5 мм. Чему равен действительный диаметр молекулы данного вещества, если фотоснимок получен с помощью электронного микроскопа с увеличением в 200 000 раз?
Капля масла объёмом 0,003 куб.мм растеклась по поверхности воды тонким слоем и заняла площадь 300 кв.см. Принимая толщину слоя равной диаметру молекулы масла, определите этот диаметр.
4. Этап подведения итогов урока и домашнее задание.
В заключение урока мне хотелось бы прочитать вам одну небольшую, но действительно правдивую историю.
Корреспондент некой американской газеты спросил знаменитого физика Ричарда Фейнмана: «Господин Фейнман, если бы вдруг выяснилось, что в результате катастрофы все знания человечества должны погибнуть и Вам необходимо в одной фразе передать будущим поколениям самое ценное из них, то что бы Вы сказали потомкам?»
Ученый ответил так: «Безусловно, это была бы атомистическая гипотеза: весь мир состоит из мельчайших частиц, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом».
Придумать один или несколько опытов, доказывающих, что между молекулами имеются промежутки, и доказывающих, что размеры молекул малы.