Подготовка к олимпиаде по физике в дистанционном формате для классов проекта «Математическая вертикаль»



Не секрет, что экспериментальный тур олимпиады по физике —один из методов, на основании которого участнику олимпиады предоставляется возможность проявить свои экспериментаторские способности, применить знания и умения в прикладной физике. [1] Существует, однако, очень простой, хотя и не самый точный, способ вычисления радиусов молекул (или атомов) Он основан на том, что молекулы вещества, когда оно находится в твердом или жидком состоянии, можно считать плотно прилегающими друг к другу. В таком случае для грубой оценки можно считать, что объем V некоторой массы m вещества просто равен сумме объемов содержащихся в нем молекул. Тогда объем одной молекулы мы получим, разделив объем V на число молекул N .

.

В это выражение входит отношение объема вещества к его массе. Обратное же отношение есть плотность вещества, так что

.

Плотность практически любого вещества можно найти в доступных всем таблицах. Молярную массу легко определить, если известна химическая формула вещества.

Объем одной молекулы, если считать ее шариком, равен , где r — радиус шарика. Поэтому

.

откуда мы и получаем выражение для радиуса молекулы:

.

Первый из этих двух корней — постоянная величина, равная ≈ 7,4 · 10– ⁹ моль ^1/3 , поэтому формула для r принимает вид

.

Описанный способ определения радиусов молекул не может быть точным уже потому, что шарики нельзя уложить так, чтобы между ними не было промежутков, даже если они соприкасаются друг с другом [2]. Кроме того, при такой «упаковке» молекул- шариков были бы невозможны молекулярные движения. Тем не менее вычисления размеров молекул по формуле, приведенной выше, дают результаты, почти совпадающие с результатами других методов, несравненно более точных [3].

Решение олимпиадной задачи нельзя выполнить по шаблону, как очень часто это происходит при решении тренировочных расчётных задач школьной программы. Работа осуществляется полностью самостоятельно, без использования внешних информационных источников, без помощи учителя. На работу отводится ограниченное время. Для успешного выполнения всех заданий время рекомендуется использовать максимально эффективно. Например, для подготовки к олимпиаде по физике, можно предложить решить задачу, благодаря поставленному опыту, то есть решить задачу экспериментальным способом. Рассмотрим пример выполнения такого задания.

Отчёт об эксперименте

Задание : определите диаметр молекулы подсолнечного масла при помощи одноразового шприца и миллиметровой линейки

Цель работы : измерить диаметр молекулы подсолнечного масла.

Оборудование : сосуд с маслом, одноразовый шприц, миллиметровая линейка.

Определение диаметра молекулы

1. Набрать одноразовым шприцом произвольный объём масла, на моём опыте получилось 0,45 миллилитра.
2. Посчитать количество капель, которые вытекают из иглы, их получается 100 штук.
3. Одну каплю опустить в широкий сосуд с водой.
4. Считается, что масло растекается по воде до тех пор, пока толщина масляной пленки не станет равной одной молекуле.
5. Когда пятно прекратит менять свои размеры, измеряем его диаметр миллиметровой линейкой
6. Далее по формуле S= определяю площадь пятна,
7. По формуле d = вычисляю диаметр молекулы масла.
8. Оформляю задание и делаю вывод.

Дано:

V = 0,45ml = 45·10 ^-8 м ³

N = 100

V ₀ = 0,0045 ml = 45·10– ¹⁰ м ³

D = 28 mm = 28· 10– ³ м

Найти:

d -?

Решение:

1) Вычисляю объём одной капли подсолнечного масла по формуле:

V ₀ = = = 45·10– ¹⁰ м ³

2) Зная диаметр пятна на поверхности воды, вычисляю площадь масляного пятна:

S =

= = 615,44·10– ⁶ м ²

3) Вычисляю диаметр молекулы подсолнечного масла.

d = = = 7,3 · 10– ⁶ м

Вывод: врезультате проведённого опыта экспериментально получен диаметр молекулы подсолнечного масла.

Литература:

1. Блудов, М. И. Беседы по физике [Текст] / М. И. Блудов. — М.: Просвещение, 1992. — 140 с.
2. Физика. Большой справочник для школьников и поступающих в вузы [Текст]/ — М.: Дрофа, 1999. — 688 с.
3. Физический энциклопедический словарь [Текст]/ — М.: Советская энциклопедия, 1983. — 928 с.
4. Энциклопедический словарь юного физика [Текст]/ — М.: Педагогика, 1984.
5. Ссылка на решение задачи опытным путём https://yadi.sk/i/NFvuCWCvwMSDUg