🧰 Что приготовить для домашних опытов (отметь, что есть)
Опыты с ⭐ — необязательные. Всё, что связано с горячей водой и острыми предметами, делай со взрослыми.
Этап 0. Загадка пропавшего объёма
В один мерный стакан насыпали 100 мл гороха, в другой — 100 мл манки. Сейчас мы пересыплем их в один сосуд и встряхнём.
Точно так же ведут себя молекулы: если смешать 100 мл воды и 100 мл спирта, получится не 200, а примерно 190 мл — молекулы одного вещества заходят в промежутки между молекулами другого.
Вывод №1: вещество не сплошное — оно состоит из отдельных частиц, между которыми есть промежутки.
🏠 Сделай сам
Возьми два одинаковых стакана: один наполни горохом (или фасолью), второй — манкой (или солью, мелким рисом) до одной и той же отметки. Пересыпь оба в банку, отметь уровень, встряхни 20 секунд и отметь снова.
Запиши наблюдение:Этап 1. Доказательства: частицы существуют
Улика 1. Капля краски, которую невозможно «доделить»
Капнем каплю краски в воду и будем каждый раз разбавлять раствор ещё в 10 раз. Вода всё равно остаётся окрашенной — значит, красящее вещество делится на очень много очень мелких частиц.
Разбавили в 1 раз
В капле осталось примерно 10²¹ молекул краски
Улика 2. Тела расширяются при нагревании
Металлический шарик свободно проходит через кольцо. Нагреем его.
Внимание, главный вопрос: что именно увеличилось при нагревании?
Улика 3. Косвенные следы вокруг нас
Нажми на каждую карточку.
Этап 2. Насколько малы молекулы
📏 Линейка Вселенной: уменьшай масштаб в 10 раз
Яблоко
Если увеличить молекулу до размера яблока, то само яблоко в том же масштабе станет размером с земной шар.
🤯 Факты, в которые трудно поверить (переверни карточки)
⭐ Бонус-опыт дома: измерь размер молекулы масляным пятном
Налей воды в широкую тарелку, посыпь поверхность тончайшим слоем талька или молотого перца. Капни одну маленькую каплю растительного масла. Пятно расплывётся в круг и остановится: дальше растекаться некуда — плёнка стала толщиной в одну молекулу.
Зная объём капли (≈0,02 см³) и площадь пятна S, получаем толщину: h = V / S. Обычно выходит около 10⁻⁷ см — это и есть порядок размера молекулы.
Этап 3. Броуновское движение — прямое доказательство
В 1827 году ботаник Роберт Броун разглядывал в микроскоп пыльцу в капле воды и увидел, что крошечные частицы никогда не останавливаются — дрожат и мечутся сами по себе. Объяснили это только через 80 лет.
Температура воды: 50
Размер пылинки: 14
• Чем выше температура — тем быстрее молекулы и тем резче пляшет пылинка.
• Чем крупнее частица — тем лучше удары компенсируют друг друга, и движение почти незаметно. Поэтому дрожит пылинка, а не камень.
Вывод №3: молекулы движутся непрерывно и беспорядочно. Это движение никогда не прекращается.
Этап 4. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах
🔬 Симуляция: три вещества, один эксперимент
В каждом сосуде слева — одно вещество (синее), справа — другое (красное). Никто ничего не перемешивает. Смотри, что происходит само.
Температура: 50
| Газ | Жидкость | Твёрдое тело |
|---|---|---|
| 0 % | 0 % | 0 % |
Прошло модельного времени: 0
• В газах — быстрее всего: молекулы далеко друг от друга и летят свободно (запах духов — за секунды).
• В жидкостях — медленнее: молекулам приходится протискиваться между соседями (чай заваривается минутами).
• В твёрдых телах — очень медленно, но идёт: свинцовую и золотую пластинки прижали друг к другу и оставили на 5 лет — металлы проникли друг в друга на 1 мм.
Чем выше температура — тем быстрее диффузия, потому что молекулы движутся быстрее.
🏠 Сделай сам: два стакана
Налей в один стакан холодную воду, в другой — горячую (осторожно!). Одновременно опусти по пакетику чая или капни краску. Не перемешивай. Засеки, где вода окрасится полностью быстрее, и во сколько раз.
🗂 Где диффузия идёт быстрее? Распредели примеры
💨 Быстро (газы)
💧 Медленно (жидкости)
🧱 Очень медленно (твёрдые)
Этап 5. Молекулы притягиваются и отталкиваются
Вопрос на засыпку
Если молекулы всё время движутся, почему тела не рассыпаются в пыль? И почему тогда твёрдое тело нельзя сжать в точку?
График: как зависит взаимодействие от расстояния
Расстояние между молекулами: 1.0 r₀
🏠 Сделай сам
1) Смочи водой два стекла (или две монеты), сложи их и попробуй оторвать друг от друга и сдвинуть вбок. 2) Прижми два кусочка пластилина. 3) Набери в шприц воду, зажми носик и попробуй сжать; повтори с воздухом.
Этап 6. Три состояния: одно вещество — три характера
Состояние:
Температура: 40
📋 Заполни таблицу
🗂 Разложи утверждения по состояниям
🧊 Твёрдое
💧 Жидкое
💨 Газ
✍️ Собери правила
🤔 Объясни как физик
Почему газ легко сжать, а воду — практически нет?
🏠 Сделай сам
Набери в шприц воздух, зажми носик пальцем и надави на поршень — он поедет. Набери воду, зажми носик — поршень не сдвинется. Это и есть разница в строении газа и жидкости, которую ты чувствуешь рукой.
Этап 7. Шпаргалка для повторения
Три главных положения
- Все вещества состоят из отдельных частиц — молекул и атомов, между которыми есть промежутки. (Доказательства: смешение гороха и манки, вода+спирт = 190 мл, расширение при нагревании, сдувшийся шарик.)
- Частицы непрерывно и беспорядочно движутся. (Доказательства: диффузия, броуновское движение, запах духов.)
- Частицы взаимодействуют: притягиваются и отталкиваются. (Доказательства: мокрые стёкла, пластилин, несжимаемость воды, разрыв нити.)
Ключевые определения
| Термин | Определение |
|---|---|
| Молекула | Наименьшая частица вещества, сохраняющая его свойства. Размер ≈ 10⁻¹⁰ м. Состоит из атомов. |
| Атом | Частица, из которых состоят молекулы. H₂O = 2 атома водорода + 1 атом кислорода. |
| Диффузия | Самопроизвольное взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого. Быстрее в газах, медленнее в жидкостях, очень медленно в твёрдых телах; ускоряется при нагревании. |
| Броуновское движение | Беспорядочное движение видимых взвешенных частиц под ударами молекул. Не прекращается никогда. |
Три состояния — таблица-итог
| 🧊 Твёрдое | 💧 Жидкое | 💨 Газ | |
|---|---|---|---|
| Расстояние | ≈ размеру молекулы | ≈ размеру молекулы | во много раз больше |
| Порядок | строгий (кристаллическая решётка) | беспорядок, но плотно | полный беспорядок |
| Движение | колеблются около своих мест | колеблются и перескакивают | летят свободно, сталкиваясь |
| Притяжение | очень сильное | сильное | практически нет |
| Форма | сохраняет | не сохраняет | не сохраняет |
| Объём | сохраняет | сохраняет | не сохраняет, занимает весь сосуд |