Вопросы молекулярно-кинетической теории изучают здесь более глубоко, особое внимание уделяют опытным обоснованиям молекулярно-кинетической теории: рассматривают броуновское движение, достаточно детально изучают характеристики молекул, методы их теоретического и экспериментального определения, при объяснении взаимодействия между молекулами проводят анализ графика сил взаимодействия. Затем изучают основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа, понятие температуры, уравнение Менделеева - Клапейрона и изопроцессы. Знания, полученные школьниками при изучении этого материала, используют для объяснения свойств паров, жидкостей и твердых тел. При изучении основ термодинамики повторяют и углубляют понятия, изученные учащимися в базовой школе: внутренняя энергия, способы изменения внутренней энергии, количество теплоты и работа как меры изменения внутренней энергии, обсуждают зависимость внутренней энергии от параметров состояния системы. Затем изучают первый закон термодинамики, дают понятие о втором законе термодинамики (невозможности полного превращения внутренней энергии в работу). Рассмотрение важного вопроса темы - принципов действия тепловых двигателей - позволяет показать применение законов термодинамики в конкретных технических устройствах и тем самым ознакомить школьников с физическими основами теплоэнергетики. Сущность статистического метода изучения явлений соответствует положению диалектического материализма о соотношении необходимого и случайного. Движение каждой молекулы тела или системы подчиняется законам классической механики, однако ее поведение в каждый момент времени случайно, оно зависит от множества причин, которые невозможно учесть. Например, скорость, энергия, импульс каждой молекулы зависят от столкновений ее с другими молекулами, и предсказать значения этих величин в каждый момент времени невозможно. С другой стороны, поведение всей совокупности частиц починяется определенным закономерностям, которые называют статистическими и которые проявляются при изучении поведения большого числа частиц. Например, если скорость каждой молекулы в данный момент времени - величина случайная, то большинство молекул имеет скорость, которая близка к некоторому определенному при данных условиях значению, называемому наиболее вероятным Математическую основу статистической физики составляет теория вероятностей, важными понятиями которой являются: случайное событие, вероятность, статистическое распределение, среднее значение случайной величины. Под случайным понимают событие, которое может наступить, а может не наступить в данных условиях. Случайное событие характеризуется следующими признаками: а) невозможностью однозначного предсказания случайного события; б) наличием большого числа причин, обусловливающих случайное событие; в) предсказуемостью хода процесса в массовом коллективе случайных событий; г) вероятностью события как математического выражения возможности предсказания процесса. Эти признаки можно рассмотреть на примере совокупности большого числа молекул. В частности, невозможно однозначно предсказать движение каждой отдельной молекулы, так как оно зависит от поведения множества других молекул. Это можно сделать лишь с определенной вероятностью. Вероятность - это числовая характеристика возможности появления события в тех или иных условиях. Чем больше вероятность», тем чаще происходит данное событие. Если N - число всех проведенных испытаний,  - число испытаний, в которых происходит данное событие, то вероятность этого события вычисляют по формуле:  Можно под N понимать общее число частиц в системе, а под - число частиц, находящихся в определенном состоянии, В этом случае  -вероятность существования частицы в данном состоянии. В теоретических расчетах бывает сложно вычислить вероятность, так как не представляется возможным предсказать число испытаний, в которых событие произойдет. Задача упрощается, если изучают равновероятные события, т.е. события, происходящие с равной частотой. Именно с равновероятными событиями имеют дело при рассмотрении хаотического движения молекул: вдоль любых выделенных направлений движется одинаковое число частиц. Следует пояснить учащимся, что понятие вероятности имеет смысл лишь для массовых событий. В противном случае частота наступления события может существенно отличаться от значения вероятности. Понятие о статистическом распределении вводят, используя опыт с доской Гальтона (рис.1), который достаточно наглядно иллюстрирует распределение молекул по координатам. С вопросом о распределении школьники сталкиваются при выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов, рассматривая равновероятное распределение молекул по объему и по направлениям движения. Изучая вопрос о скоростях молекул, школьники знакомятся с распределением. При изучении молекулярно-кинетической теории учащиеся широко используют среднее значение случайных величин. Важно подчеркнуть, что среднее значение случайной величины - характеристика статистического распределения. Именно для большого числа частиц среднее значение случайной величины постоянно. К таким величинам о тносится, например, скорость движения молекул. Не имея возможности определить скорость каждой отдельной молекулы, для расчетов используют среднее Рис.12.1 значение квадрата скорости:  Так как направления движения молекул по трем координатным осям равновероятны, то  . Поэтому 
Достарыңызбен бөлісу: |
