Teorija molekularne kinetike objašnjava da se sve supstance mogu naći u tri agregatna stanja: u čvrstom, tečnom i gasovitom stanju. Na primjer, led, voda i vodena para. Plazma se često smatra četvrtim stanjem materije.
Agregatna stanja materije(iz latinskog aggrego– vezati, povezati) – stanja iste supstance, prijelazi između kojih su praćeni promjenom njenih fizičkih svojstava. Ovo je promjena u agregatnom stanju materije.
U sva tri stanja, molekuli iste supstance se ne razlikuju jedni od drugih, mijenjaju se samo njihova lokacija, priroda toplinskog kretanja i sile međumolekularne interakcije.
Kretanje molekula u gasovima
U plinovima je udaljenost između molekula i atoma obično mnogo veća od veličine molekula, a privlačne sile su vrlo male. Stoga plinovi nemaju svoj oblik i konstantan volumen. Plinovi se lako komprimiraju jer su sile odbijanja na velikim udaljenostima također male. Plinovi imaju svojstvo neograničenog širenja, ispunjavajući cijeli volumen koji im se pruža. Molekuli plina kreću se vrlo velikom brzinom, sudaraju se jedni s drugima i odbijaju se jedni od drugih u različitim smjerovima. Stvaraju se brojni udari molekula na zidove posude pritisak gasa.
Kretanje molekula u tečnostima
U tečnostima, molekuli ne samo da osciliraju oko ravnotežnog položaja, već i vrše skokove iz jednog ravnotežnog položaja u drugi. Ovi skokovi se javljaju periodično. Vremenski interval između takvih skokova naziva se prosječno vrijeme mirnog života(ili prosečno vreme opuštanja) i označava se slovom ?. Drugim riječima, vrijeme relaksacije je vrijeme oscilacija oko jednog specifičnog ravnotežnog položaja. Na sobnoj temperaturi ovo vrijeme u prosjeku iznosi 10 -11 s. Vrijeme jedne oscilacije je 10 -12 ... 10 -13 s.
Vrijeme sjedilačkog života smanjuje se s povećanjem temperature. Udaljenost između molekula tekućine je manja od veličine molekula, čestice su smještene blizu jedna drugoj, a međumolekularna privlačnost je jaka. Međutim, raspored tečnih molekula nije striktno uređen u cijelom volumenu.
Tečnosti, kao i čvrste materije, zadržavaju svoj volumen, ali nemaju svoj oblik. Stoga poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Tečnost ima sledeća svojstva: fluidnost. Zahvaljujući ovoj osobini, tečnost ne odolijeva promjeni oblika, blago je komprimirana i njena fizička svojstva identične u svim pravcima unutar tečnosti (izotropija tečnosti). Prirodu molekularnog kretanja u tečnostima prvi je ustanovio sovjetski fizičar Jakov Iljič Frenkel (1894 - 1952).
Kretanje molekula u čvrstim materijama
Molekuli i atomi čvrste tvari raspoređeni su u određenom redu i obliku kristalna rešetka. Takve čvrste tvari nazivaju se kristalnim. Atomi rade oscilatorna kretanja blizu ravnotežnog položaja, a privlačnost između njih je vrlo jaka. Stoga, čvrste tvari u normalnim uvjetima zadržavaju svoj volumen i imaju svoj oblik.
fizika
Interakcija između atoma i molekula materije. Građa čvrstih, tečnih i gasovitih tela
Između molekula tvari istovremeno djeluju privlačne i odbojne sile. Ove sile u velikoj mjeri zavise od udaljenosti između molekula.
Prema eksperimentalnim i teorijsko istraživanje sile međumolekulske interakcije su obrnuto proporcionalne n-ti stepen udaljenosti između molekula:
gdje je za privlačne sile n = 7, a za sile odbijanja .
Interakcija dvaju molekula može se opisati pomoću grafika projekcije rezultujućih sila privlačenja i odbijanja molekula na rastojanje r između njihovih centara. Usmjerimo os r od molekula 1, čije se središte poklapa sa ishodištem koordinata, u centar molekula 2 koji se nalazi na udaljenosti od njega (slika 1).
Tada će projekcija sile odbijanja molekula 2 od molekula 1 na os r biti pozitivna. Projekcija sile privlačenja molekula 2 na molekul 1 bit će negativna.
Odbojne sile (slika 2) su mnogo veće od privlačnih sila na malim udaljenostima, ali se znatno brže smanjuju s povećanjem r. Privlačne sile također brzo opadaju s povećanjem r, tako da se, počevši od određene udaljenosti, interakcija molekula može zanemariti. Najveća udaljenost rm na kojoj molekuli još uvijek djeluju naziva se radijus molekularnog djelovanja 
.
Sile odbijanja jednake su po veličini silama privlačnosti.
Udaljenost odgovara stabilnom ravnotežnom relativnom položaju molekula.
U različitim stanjima agregacije tvari, razmak između njenih molekula je različit. Otuda i razlika u interakciji sila molekula i značajna razlika u prirodi kretanja molekula gasova, tečnosti i čvrstih materija.
U plinovima su udaljenosti između molekula nekoliko puta veće od veličina samih molekula. Kao rezultat toga, sile interakcije između molekula plina su male i kinetička energija toplinskog kretanja molekula daleko premašuje potencijalnu energiju njihove interakcije. Svaki molekul se slobodno kreće od drugih molekula ogromnim brzinama (stotine metara u sekundi), mijenjajući smjer i brzinu prilikom sudara s drugim molekulima. Slobodni put molekula gasa zavisi od pritiska i temperature gasa. At normalnim uslovima.
U tečnostima je razmak između molekula mnogo manji nego u gasovima. Sile interakcije između molekula su velike, a kinetička energija kretanja molekula srazmjerna je potencijalnoj energiji njihove interakcije, uslijed čega molekuli tekućine osciliraju oko određenog ravnotežnog položaja, a zatim naglo skaču u novi ravnotežne pozicije nakon vrlo kratkih vremenskih perioda, što dovodi do fluidnosti tečnosti. Dakle, u tekućini, molekuli izvode uglavnom vibracijska i translacijska kretanja. U čvrstim tijelima sile interakcije između molekula su toliko jake da je kinetička energija kretanja molekula mnogo manja od potencijalne energije njihove interakcije. Molekule vrše samo vibracije male amplitude oko određene konstantne ravnotežne pozicije – čvora kristalne rešetke.
Ova udaljenost se može procijeniti poznavanjem gustine supstance i molarne mase. Koncentracija – broj čestica po jedinici zapremine, u odnosu na gustinu, molarna masa i Avogadro brojevni odnos.
Razmotrimo kako se projekcija rezultirajuće sile interakcije između njih na pravu liniju koja povezuje centre molekula mijenja ovisno o udaljenosti između molekula. Ako se molekule nalaze na udaljenostima nekoliko puta većim od njihove veličine, tada sile interakcije između njih praktički nemaju efekta. Sile interakcije između molekula su kratkog dometa.
Na udaljenosti većoj od 2-3 prečnika molekula, odbojna sila je praktički nula. Primetna je samo sila privlačnosti. Kako se udaljenost smanjuje, sila privlačenja se povećava, a u isto vrijeme počinje djelovati sila odbijanja. Ova sila raste vrlo brzo kada se elektronske ljuske molekula počnu preklapati.
Slika 2.10 grafički prikazuje zavisnost projekcije F r sile interakcije molekula na udaljenosti između njihovih centara. Na daljinu r 0, približno jednako zbroju polumjera molekula, F r = 0 , pošto je sila privlačenja jednaka po veličini sili odbijanja. At r > r 0 postoji privlačna sila između molekula. Projekcija sile koja djeluje na desni molekul je negativna. At r < r 0 postoji odbojna sila sa pozitivnom vrijednošću projekcije F r .
Poreklo elastičnih sila
Ovisnost sila interakcije između molekula o udaljenosti između njih objašnjava pojavu elastične sile pri kompresiji i istezanju tijela. Ako pokušate približiti molekule na udaljenost manju od r0, tada počinje djelovati sila koja sprječava približavanje. Naprotiv, kada se molekuli udaljavaju jedan od drugog, djeluje privlačna sila, vraćajući molekule u prvobitni položaj nakon prestanka vanjskog utjecaja.
Za male pomake molekula iz ravnotežnih položaja, sile privlačenja ili odbijanja raste linearno sa povećanjem pomaka. Na malom području, kriva se može smatrati ravnim segmentom (zadebljani dio krive na slici 2.10). Zato se pri malim deformacijama ispostavlja da vrijedi Hookeov zakon prema kojem je elastična sila proporcionalna deformaciji. Kod velikih molekularnih pomaka, Hookeov zakon više ne vrijedi.
Budući da se udaljenosti između svih molekula mijenjaju kada se tijelo deformira, susjedni slojevi molekula čine beznačajan dio ukupne deformacije. Dakle, Hookeov zakon je zadovoljen pri deformacijama milionima puta većim od veličine molekula.
Mikroskop atomske sile
Uređaj atomsko-silnog mikroskopa (AFM) zasniva se na djelovanju odbojnih sila između atoma i molekula na malim udaljenostima. Ovaj mikroskop, za razliku od tunelskog mikroskopa, omogućava vam da dobijete slike neprovodnih električna struja površine. Umjesto volframovog vrha, AFM koristi mali fragment dijamanta, naoštren do atomske veličine. Ovaj fragment je pričvršćen na tanki metalni držač. Kako se vrh približava površini koja se proučava, elektronski oblaci dijamanta i površinskih atoma počinju da se preklapaju i nastaju odbojne sile. Ove sile odbijaju vrh dijamantskog vrha. Odstupanje se bilježi pomoću laserskog zraka koji se odbija od ogledala postavljenog na držač. Reflektirani snop pokreće piezoelektrični manipulator, sličan manipulatoru tunelskog mikroskopa. Mehanizam povratne sprege osigurava da visina dijamantske igle iznad površine bude takva da savijanje ploče držača ostane nepromijenjeno.
Na slici 2.11 vidite AFM sliku polimernih lanaca aminokiseline alanina. Svaki tuberkul predstavlja jedan molekul aminokiseline.
Trenutno su dizajnirani atomski mikroskopi čiji se dizajn temelji na djelovanju molekularnih sila privlačenja na udaljenostima nekoliko puta većim od veličine atoma. Ove sile su otprilike 1000 puta manje od odbojnih sila u AFM. Stoga se za snimanje sila koristi složeniji senzorski sistem.
Atomi i molekuli se sastoje od električno nabijenih čestica. Zbog djelovanja električnih sila na kratkim udaljenostima, molekule se privlače, ali se počinju odbijati kada se elektronske ljuske atoma preklapaju.
tečnosti, amorfna i kristalna tela
gasova i tečnosti
gasovi, tečnosti i kristalne čvrste materije
približno jednak prečniku molekula
manji od prečnika molekula
otprilike 10 puta veći od prečnika molekula
zavisi od temperature gasa
tečnosti
kristalna tela
amorfna tela
samo modeli gasne strukture
samo modeli strukture amorfnih tijela
modeli strukture gasova i tečnosti
modeli strukture gasova, tečnosti i čvrstih tela
rastojanje između molekula se povećava
molekuli počinju da se privlače
povećava se urednost u rasporedu molekula
udaljenost između molekula se smanjuje
nije se promijenilo
povećana 5 puta
smanjen za 5 puta
uvećano za korijen od pet
Udaljenosti između molekula su uporedive sa veličinama molekula (u normalnim uslovima) za
U gasovima u normalnim uslovima, prosečna udaljenost između molekula je
Karakterističan je najmanji red u rasporedu čestica
Udaljenost između susjednih čestica materije je u prosjeku višestruko veća od veličine samih čestica. Ova izjava odgovara modelu
Tokom prelaska vode iz tečno stanje u kristalno
Pri konstantnom pritisku koncentracija molekula plina se povećala 5 puta, ali se njegova masa nije promijenila. Prosječna kinetička energija kretanje naprijed molekule gasa
Tabela prikazuje tačke topljenja i ključanja nekih supstanci:
supstance | Tačka ključanja | supstance | Tačka topljenja |
naftalin |
Odaberite tačnu tvrdnju.
Tačka topljenja žive je viša od tačke ključanja etra
Tačka ključanja alkohola je niža od tačke topljenja žive
Tačka ključanja alkohola je viša od tačke topljenja naftalena
Tačka ključanja etra je niža od tačke topljenja naftalena
Temperatura čvrste supstance se smanjila za 17 ºS. Na apsolutnoj temperaturnoj skali ova promjena je bila
1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K
9. Posuda konstantne zapremine sadrži idealan gas u količini od 2 mol. Kako treba promijeniti apsolutnu temperaturu posude s plinom kada se iz posude oslobodi 1 mol plina tako da se tlak plina na stijenkama posude poveća za 2 puta?
1) povećati 2 puta 3) povećati 4 puta
2) smanjiti za 2 puta 4) smanjiti za 4 puta
10. Pri temperaturi T i pritisku p jedan mol idealnog gasa zauzima zapreminu V. Kolika je zapremina istog gasa, uzeta u količini od 2 mola, pri pritisku 2p i temperaturi 2T?
1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V
11. Temperatura vodonika uzetog u količini od 3 mola u posudi jednaka je T. Kolika je temperatura kiseonika uzetog u količini od 3 mola u posudi iste zapremine i pod istim pritiskom?
1) T 2) 8T 3) 24 T 4) T/8
12. U posudi zatvorenoj klipom nalazi se idealan gas. Na slici je prikazan graf zavisnosti pritiska gasa od temperature sa promenama njegovog stanja. Kojem stanju gasa odgovara? najmanju vrijednost volumen?
1) A 2) B 3) C 4) D
13. Posuda konstantne zapremine sadrži idealan gas čija masa varira. Dijagram prikazuje proces promjene stanja plina. U kojoj tački na dijagramu je masa plina najveća?
1) A 2) B 3) C 4) D
14. Na istoj temperaturi zasićena para u zatvorenoj posudi razlikuje od nezasićene pare u istoj posudi
1) pritisak
2) brzina kretanja molekula
3) prosječna energija haotičnog kretanja molekula
4) odsustvo stranih gasova
15. Koja tačka na dijagramu odgovara maksimalnom pritisku gasa?
nemoguće je dati tačan odgovor
17. Balon sa zapreminom od 2500 kubnih metara i masom ljuske od 400 kg, na dnu ima rupu kroz koju se gorionikom zagreva vazduh u kugli. Na koju minimalnu temperaturu mora da se zagreje vazduh u balonu da bi balon poleteo zajedno sa teretom (korpom i aeronautom) od 200 kg? Temperatura ambijentalnog vazduha je 7ºS, njegova gustina je 1,2 kg po kubnom metru. Ljuska lopte se smatra nerastezljivom.
MCT i termodinamika
MCT i termodinamika
Za ovaj odjeljak, svaka opcija je uključivala pet zadataka s izborom
odgovor, od kojih su 4 osnovni nivo i 1 napredni. Na osnovu rezultata ispita
Naučeni su sljedeći elementi sadržaja:
Primjena Mendeljejev-Klapejronove jednačine;
Ovisnost tlaka plina o koncentraciji molekula i temperaturi;
Količina toplote tokom grijanja i hlađenja (proračun);
Značajke prijenosa topline;
Relativna vlažnost vazduha (proračun);
Rad u termodinamici (graf);
Primjena plinske jednačine stanja.
Među zadacima osnovnog nivoa poteškoće su izazvala sljedeća pitanja:
1) Promjena unutrašnja energija u raznim izoprocesima (na primjer, s
izohorni porast pritiska) – 50% završetka.
2) Izoprocesni grafovi – 56%.
Primjer 5.
Konstantna masa idealnog gasa je uključena u prikazani proces
na slici. Postiže se najveći pritisak gasa u procesu
1) u tački 1
2) kroz ceo segment 1–2
3) u tački 3
4) kroz ceo segment 2–3
Odgovor: 1
3) Određivanje vlažnosti vazduha – 50%. Ovi zadaci su sadržavali fotografiju
psihrometar, prema kojem je bilo potrebno uzeti očitanja suhog i vlažnog
termometara, a zatim pomoću dijela odredite vlažnost zraka
psihrometrijska tabela data u zadatku.
4) Primena prvog zakona termodinamike. Pokazalo se da je ovih zadataka najviše
teški među zadacima osnovnog nivoa za ovu sekciju – 45%. Evo
bilo je potrebno koristiti graf i odrediti vrstu izoprocesa
(korištene su ili izoterme ili izohore) iu skladu s tim
odrediti jedan od parametara na osnovu datog drugog.
Među zadacima viši nivo su predstavljeni računski problemi on
primjena gasne jednadžbe stanja koja je ispunjena u prosjeku 54%
učenika, kao i ranije korištene zadatke za utvrđivanje promjena
parametri idealnog gasa u proizvoljnom procesu. Uspješno se nosi s njima
samo grupa jakih diplomaca, a prosječna stopa završavanja bila je 45%.
Jedan od ovih zadataka je dat u nastavku.
Primjer 6
Idealan gas se nalazi u posudi zatvorenoj klipom. Proces
promjene u stanju plina prikazane su na dijagramu (vidi sliku). Kako
da li se zapremina gasa promenila tokom njegovog prelaska iz stanja A u stanje B?
1) stalno se povećavao
2) stalno se smanjivao
3) prvo se povećao, a zatim smanjio
4) prvo smanjen, a zatim povećan
Odgovor: 1
Vrste aktivnosti Količina
zadataka %
fotografije2 10-12 25.0-30.0
4. FIZIKA
4.1. Karakteristike kontrolnih mjernih materijala u fizici
2007
Ispitni rad za jedinstveni državni ispit 2007. godine je imao
ista struktura kao u prethodne dvije godine. Sastojao se od 40 zadataka,
koji se razlikuju po obliku prezentacije i stepenu složenosti. U prvom dijelu rada
Uključeno je 30 zadataka višestrukog izbora, pri čemu je svaki zadatak bio popraćen
četiri opcije odgovora, od kojih je samo jedan bio tačan. Drugi dio je sadržavao 4
zadaci sa kratkim odgovorima. To su bili računski problemi, nakon rješavanja
što je zahtijevalo da se odgovor da u obliku broja. Treći dio ispita
rad - ovo je 6 računskih zadataka, na koje je bilo potrebno donijeti kompletan
detaljno rješenje. Ukupno vrijeme za završetak radova je 210 minuta.
Kodifikator elemenata i specifikacija obrazovnog sadržaja
ispitni rad sastavljeni su na osnovu obaveznog minimuma
1999. br. 56) i uzeo u obzir federalnu komponentu državnog standarda
srednja (potpuna) stručna sprema fizike, specijalistički nivo (Naredba MO od 5
mart 2004. br. 1089). Kodifikator elementa sadržaja nije se promijenio prema
u odnosu na 2006. godinu i obuhvatio je samo one elemente koji su bili istovremeno
prisutni i u federalnoj komponenti državnog standarda
(nivo profila, 2004.), te u Obavezni minimum sadržaja
obrazovanje 1999
U poređenju sa kontrolom merni materijali 2006. do opcija
Na Jedinstvenom državnom ispitu 2007. izvršene su dvije promjene. Prva od njih bila je preraspodjela
zadaci u prvom dijelu rada po tematskoj osnovi. Bez obzira na poteškoću
(osnovni ili napredni nivoi), prvo su slijedili svi zadaci mehanike, pa onda
u MCT i termodinamici, elektrodinamici i, konačno, kvantnoj fizici. Drugo
Promjena se ticala ciljanog uvođenja testiranja zadataka
formiranje metodičkih vještina. U 2007. zadaci A30 testirali su vještine
analizirati rezultate eksperimentalnih studija, izražene u obliku
tabele ili grafike, kao i konstruisati grafikone na osnovu rezultata eksperimenta. Odabir
zadaci za liniju A30 su izvršeni na osnovu potrebe za provjerom u ovome
niz opcija za jednu vrstu aktivnosti i, shodno tome, bez obzira na
tematska pripadnost određenog zadatka.
Ispitni rad je obuhvatao zadatke osnovnih, naprednih
i visokog nivoa težine. Zadaci osnovnog nivoa najviše su testirali savladavanje
važnih fizičkih pojmova i zakona. Kontrolisani su zadaci višeg nivoa
sposobnost korištenja ovih pojmova i zakona za analizu složenijih procesa ili
sposobnost rješavanja problema koji uključuju primjenu jednog ili dva zakona (formule) prema bilo kojem od
one školski kurs fizike. Zadaci visok nivo poteškoće su proračunate
zadatke koji odražavaju nivo zahtjeva za prijemne ispite na univerzitete i
zahtijevaju primjenu znanja iz dva ili tri dijela fizike odjednom u modificiranom ili
novoj situaciji.
KIM 2007 je uključivao zadatke za sve osnovne sadržaje
dijelovi kursa fizike:
1) “Mehanika” (kinematika, dinamika, statika, zakoni održanja u mehanici,
mehaničke vibracije i valovi);
2) " Molekularna fizika. Termodinamika";
3) “Elektrodinamika” (elektrostatika, jednosmjerna struja, magnetno polje,
elektromagnetna indukcija, elektromagnetne vibracije i valovi, optika);
4) " Kvantna fizika» (elementi STR, dualnost talas-čestica, fizika
atom, fizika atomskog jezgra).
Tabela 4.1 prikazuje distribuciju zadataka po blokovima sadržaja u svakom od njih
iz dijelova ispitnog rada.
Tabela 4.1
zavisno od vrste zadataka
Svi rade
(sa izborom
(sa kratkim
zadataka % Količina
zadataka % Količina
zadataka %
1 Mehanika 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0
2 MCT i termodinamika 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
3 Elektrodinamika 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5
4 Kvantna fizika i
STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 – – 1-2 2,5-5,0
Tabela 4.2 prikazuje distribuciju zadataka po blokovima sadržaja u
zavisno od nivoa težine.
Table4.2
Raspodjela zadataka po dijelovima predmeta fizika
zavisno od nivoa težine
Svi rade
Osnovni nivo
(sa izborom
Povišen
(sa izborom odgovora
i kratko
Visok nivo
(sa proširenim
Odjeljak za odgovore)
zadataka % Količina
zadataka % Količina
zadataka % Količina
zadataka %
1 Mehanika 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0
2 MCT i termodinamika 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0
3 Elektrodinamika 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5
4 Kvantna fizika i
STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
Prilikom izrade sadržaja ispitnog rada uzeli smo u obzir
potrebno je testirati majstorstvo razne vrste aktivnosti. U isto vreme
zadaci za svaku od niza opcija odabrani su uzimajući u obzir distribuciju po tipu
aktivnosti prikazane u tabeli 4.3.
1 Promjena broja zadataka za svaku temu je zbog razne teme složeni zadaci C6 i
zadaci A30, provjera metodičkih vještina korištenjem materijala iz različitih grana fizike, u
razne serije opcija.
Table4.3
Raspodjela zadataka prema vrsti aktivnosti
Vrste aktivnosti Količina
zadataka %
1 Razumijem fizičko značenje modeli, koncepti, količine 4-5 10.0-12.5
2 Objasniti fizičke pojave, razlikovati uticaje različitih
faktori na pojavu pojava, manifestacije pojava u prirodi ili
njihova upotreba u tehničkim uređajima i svakodnevnom životu
3 Primijenite zakone fizike (formule) za analizu procesa na
nivo kvaliteta 6-8 15.0-20.0
4 Primijenite zakone fizike (formule) za analizu procesa na
izračunati nivo 10-12 25,0-30,0
5 Analizirati rezultate eksperimentalnih studija 1-2 2.5-5.0
6 Analizirajte informacije dobijene iz grafikona, tabela, dijagrama,
fotografije2 10-12 25.0-30.0
7 Rješavanje problema različitog nivoa složenosti 13-14 32.5-35.0
Svi zadaci prvog i drugog dijela ispitnog rada ocijenjeni su 1
primarni rezultat. Rješenja za probleme u trećem dijelu (C1-C6) provjerila su dva stručnjaka u
u skladu sa opštim kriterijumima ocjenjivanja, vodeći računa o ispravnosti i
potpunost odgovora. Maksimalna ocjena za sve zadatke sa detaljnim odgovorom bila je 3
bodova. Zadatak se smatrao riješenim ako je učenik za njega postigao najmanje 2 boda.
Na osnovu bodova dobijenih za izvršenje svih ispitnih zadataka
rad, preveden je u „testne“ bodove na skali od 100 bodova i u ocjene
na skali od pet tačaka. Tabela 4.4 pokazuje odnose između primarnih,
rezultate testa koristeći sistem od pet bodova u posljednje tri godine.
Table4.4
Primarni omjer rezultata, rezultate testova i školske ocjene
Godine, bodovi 2 3 4 5
2007 osnovna škola 0-11 12-22 23-35 36-52
test 0-32 33-51 52-68 69-100
2006 osnovna 0-9 10-19 20-33 34-52
test 0-34 35-51 52-69 70-100
2005 osnovna škola 0-10 11-20 21-35 36-52
test 0-33 34-50 51-67 68-100
Poređenje granica primarnih bodova pokazuje da su ove godine uslovi
dobijanje odgovarajućih ocjena bile su strože u odnosu na 2006. godinu, ali
približno odgovarao uslovima iz 2005. To je zbog činjenice da je u prošlosti
godine objedinjeni ispit Fiziku nisu polagali samo oni koji su planirali da uđu na univerzitete
u relevantnom profilu, ali i skoro 20% učenika (iz ukupan broj ispitanici),
koji su studirali fiziku na osnovnom nivou (za njih je odlučen ovaj ispit
region obavezan).
Ukupno je pripremljeno 40 opcija za ispit 2007.
koje su bile pet serija od 8 opcija, kreiranih prema različitim planovima.
Niz opcija se razlikovao u kontrolisanim elementima i tipovima sadržaja
aktivnosti za istu liniju zadataka, ali generalno su svi imali približno
2 U ovom slučaju mislimo na oblik informacije predstavljene u tekstu zadatka ili distraktore,
stoga, isti zadatak može testirati dvije vrste aktivnosti.
isto srednji nivo složenosti i odgovara ispitnom planu
rad dat u Dodatku 4.1.
4.2. Karakteristike polaznika Jedinstvenog državnog ispita iz fizike2007 godine
Broj polaznika Jedinstvenog državnog ispita iz fizike ove godine iznosio je 70.052 osobe, što
znatno niži u odnosu na prethodnu godinu i približno u skladu sa pokazateljima
2005. (vidi tabelu 4.5). Broj regija u kojima su diplomci polagali Jedinstveni državni ispit
fizike, povećan na 65. Broj diplomaca koji su odabrali fiziku u formatu
Jedinstveni državni ispit se značajno razlikuje za različite regije: od 5316 ljudi. u Republici
Tatarstan do 51 osoba Nenets Autonomni Okrug. Kao postotak od
do ukupnog broja diplomiranih, broj polaznika Jedinstvenog državnog ispita iz fizike kreće se od
0,34% u Moskvi do 19,1% u Samarskoj regiji.
Table4.5
Broj učesnika ispita
Broj godina Djevojčice Dječaci
regioni
učesnici Broj % Broj %
2005 54 68 916 18 006 26,1 50 910 73,9
2006 61 90 3893 29 266 32,4 61 123 67,6
2007 65 70 052 17 076 24,4 52 976 75,6
Ispit iz fizike biraju pretežno mladići, i to samo četvrtina
od ukupnog broja učesnika su djevojke koje su odlučile nastaviti
obrazovni univerziteti sa fizičkim i tehničkim profilom.
Distribucija učesnika ispita po kategorijama ostaje praktično nepromijenjena iz godine u godinu.
tipovi naselja (vidi tabelu 4.6). Skoro polovina diplomaca koji su polagali
Jedinstveni državni ispit iz fizike, živi u većim gradovima a samo 20% su studenti koji su završili
seoske škole.
Table4.6
Distribucija učesnika ispita po vrsti naselja, u kojoj
nalaze se njihove obrazovne institucije
Broj ispitanika Procenat
Tip naselje ispitanici
Ruralno naselje (selo,
selo, salaš itd.) 13.767 18.107 14.281 20,0 20,0 20,4
Urbano naselje
(radno selo, gradsko selo
vrsta, itd.)
4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9
Grad sa manje od 50 hiljada stanovnika 7.427 10.810 7.965 10.8 12.0 11.4
Grad sa populacijom od 50-100 hiljada ljudi 6.063 8.757 7.088 8,8 9,7 10,1
Grad sa populacijom od 100-450 hiljada ljudi 16.195 17.673 14.630 23,5 19,5 20,9
Grad sa populacijom od 450-680 hiljada ljudi 7.679 11.799 7.210 11.1 13.1 10.3
Grad sa više od 680 hiljada stanovnika.
ljudi 13.005 14.283 13.807 18,9 15,8 19,7
Sankt Peterburg – 72 7 – 0,1 0,01
Moskva – 224 259 – 0,2 0,3
Nema podataka – 339 – – 0,4 –
Ukupno 68.916 90.389 70.052 100% 100% 100%
3 2006. godine u jednom od regiona prijemni ispiti Studije fizike na univerzitetima izvodile su se samo u
Format objedinjenog državnog ispita. To je rezultiralo tako značajnim povećanjem broja polaznika Jedinstvenog državnog ispita.
Sastav polaznika ispita prema vrsti obrazovanja ostaje praktično nepromijenjen.
institucije (vidi tabelu 4.7). Kao i prošle godine, velika većina
ispitanici su završili obrazovne institucije, a samo oko 2%
maturanti su dolazili na ispit iz obrazovnih ustanova osnovnih odn
prosjek stručno obrazovanje.
Table4.7
Distribucija učesnika ispita prema vrsti obrazovne ustanove
Broj
ispitanici
Procenat
Tip obrazovna ustanova ispitanici
2006 G. 2007 G. 2006 G. 2007 G.
Opšteobrazovne ustanove 86.331 66.849 95,5 95,4
Večernje (smjensko) opšte obrazovanje
institucije 487 369 0,5 0,5
Opšteobrazovni internat,
kadetska škola, internat sa
početna letačka obuka
1 144 1 369 1,3 2,0
Obrazovne ustanove osnovnih i
srednje stručno obrazovanje 1.469 1.333 1,7 1.9
Nema podataka 958 132 1,0 0,2
Ukupno: 90.389 70.052 100% 100%
4.3. Glavni rezultati ispitnog rada iz fizike
Generalno, rezultati ispitnog rada u 2007. godini bili su
nešto veći od prošlogodišnjih rezultata, ali približno na istom nivou kao
brojke iz pretprošle godine. U tabeli 4.8 prikazani su rezultati Jedinstvenog državnog ispita iz fizike 2007. godine.
na skali od pet tačaka, a u tabeli 4.9 i sl. 4.1 – na osnovu rezultata testa od 100-
bodovna skala. Radi jasnoće poređenja, rezultati su prikazani u poređenju sa
prethodne dvije godine.
Table4.8
Distribucija učesnika ispita po nivoima
priprema(procenat od ukupnog broja)
Godine “2” Oznake “p3o” 5 bodova “b4n” na skali “5”
2005 10,5% 40,7% 38,1% 10,7%
2006 16,0% 41,4% 31,1% 11,5%
2007 12,3% 43,2% 32,5% 12,0%
Table4.9
Raspodjela učesnika ispita
na osnovu rezultata testova dobijenih u2005-2007 yy.
Godina Test interval skale rezultata
razmjena 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
2005 0,09% 0,57% 6,69% 19,62% 24,27% 24,44% 16,45% 6,34% 1,03% 0,50% 68 916
2006 0,10% 0,19% 6,91% 23,65% 23,28% 19,98% 15,74% 7,21% 2,26% 0,68% 90 389
2007 0,07% 1,09% 7,80% 19,13% 27,44% 20,60% 14,82% 6,76% 1,74% 0,55% 70 052
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Rezultat testa
Procenat učenika koji su primili
odgovarajući rezultat testa
Rice. 4.1 Distribucija učesnika ispita prema primljenim rezultatima testova
Tabela 4.10 prikazuje poređenje skale u rezultati testa u 100 poena
skalu sa rezultatima izvršavanja zadataka ispitna verzija u osnovnoj
Table4.10
Poređenje intervala primarnih i testnih rezultata u2007 godine
Interval skale
ispitne tačke 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Interval skale
primarni bodovi 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52
Da dobije 35 bodova (score 3, primarni rezultat – 13) ispitanik
Bilo je dovoljno tačno odgovoriti na 13 najjednostavnijih pitanja iz prvog dijela
rad. Da bi postigao 65 bodova (score 4, početni rezultat – 34), diplomirani student mora
je, na primjer, tačno odgovorio na 25 pitanja sa višestrukim odgovorom, riješio tri od četiri
problema sa kratkim odgovorom, a takođe se nosi sa dva problema visokog nivoa
složenost. Oni koji su dobili 85 bodova (ocjena 5, primarni rezultat – 46)
savršeno odradio prvi i drugi dio rada i riješio najmanje četiri problema
treći dio.
Najbolji od najboljih (raspon od 91 do 100 bodova) ne trebaju samo
slobodno se snalaze u svim pitanjima školskog kursa fizike, ali i praktično
Izbjegnite čak i tehničke greške. Dakle, da dobijete 94 boda (primarni rezultat
– 49) bilo je moguće „ne dobiti“ samo 3 primarni rezultati, dozvoljavajući npr.
aritmetičke greške pri rješavanju jednog od problema visokog nivoa složenosti
udaljenosti... između vanjski i unutrašnji uticaji i razlike uslovimaZa ... atnormalno tada pritisak dostigne 100° at ... Za njegovo djelovanje u velikoj mjeri veličine, Za ...
Wiener norbert kibernetika drugo izdanje Wiener n kibernetika ili kontrola i komunikacija u životinjama i mašinama - 2. izdanje - m science glavno izdanje publikacija za strane zemlje 1983. - 344 str.
DokumentOr uporedivi ... Za izvršenje normalno procesi razmišljanja. At takav uslovima ... veličina Za spojne linije između različite konvolucije udaljenost... od kojih manji molekule komponente mešavine...
Wiener n kibernetika ili kontrola i komunikacija u životinjama i mašinama - 2. izdanje - m science glavno uredništvo publikacija za strane zemlje 1983 - 344 str.
DokumentOr uporedivi ... Za izvršenje normalno procesi razmišljanja. At takav uslovima ... veličina, ali sa glatkom površinom. sa druge strane, Za spojne linije između različite konvolucije udaljenost... od kojih manji molekule komponente mešavine...
1. Struktura gasovitih, tečnih i čvrstih tela
Teorija molekularne kinetike omogućava razumijevanje zašto supstanca može postojati u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju.
Gasovi. U plinovima je udaljenost između atoma ili molekula u prosjeku višestruko veća od veličine samih molekula ( Sl.8.5). Na primjer, pri atmosferskom pritisku zapremina posude je desetine hiljada puta veća od zapremine molekula u njoj.
Plinovi se lako komprimiraju, a prosječna udaljenost između molekula se smanjuje, ali se oblik molekula ne mijenja ( Sl.8.6).
Molekuli se kreću ogromnim brzinama - stotinama metara u sekundi - u svemiru. Kada se sudare, odbijaju se jedni od drugih u različitim smjerovima poput bilijarskih loptica. Slabe snage privlačenje molekula gasa nije u stanju da ih drži blizu jedne druge. Zato gasovi se mogu neograničeno širiti. Ne zadržavaju ni oblik ni volumen.
Brojni udari molekula na zidove posude stvaraju pritisak plina.
Tečnosti. Molekuli tečnosti nalaze se gotovo blizu jedan drugom ( Sl.8.7), tako da se molekul tekućine ponaša drugačije od molekula plina. U tečnostima postoji takozvani poredak kratkog dometa, odnosno uređeni raspored molekula se održava na udaljenosti jednakim nekoliko prečnika molekula. Molekul oscilira oko svoje ravnotežne pozicije, sudarajući se sa susjednim molekulima. Samo s vremena na vrijeme ona napravi još jedan "skok", ulazeći u novi ravnotežni položaj. U ovom ravnotežnom položaju, sila odbijanja je jednaka sili privlačenja, tj. ukupna sila interakcije molekula je nula. Vrijeme sređen život molekula vode, odnosno vrijeme njenih vibracija oko jednog specifičnog ravnotežnog položaja na sobnoj temperaturi je u prosjeku 10 -11 s. Vrijeme jedne oscilacije je mnogo manje (10 -12 -10 -13 s). Sa povećanjem temperature, vrijeme zadržavanja molekula se smanjuje.
Priroda molekularnog kretanja u tečnostima, prvi put ustanovljena sovjetski fizičar Ya.I.Frenkel, omogućava vam da shvatite osnovna svojstva tečnosti.
Molekuli tečnosti nalaze se direktno jedan pored drugog. Kako se volumen smanjuje, sile odbijanja postaju vrlo velike. Ovo objašnjava niska kompresibilnost tečnosti.
kao što je poznato, tečnosti su fluidne, odnosno ne zadržavaju svoj oblik. Ovo se može objasniti na ovaj način. Vanjska sila ne mijenja primjetno broj molekularnih skokova u sekundi. Ali skokovi molekula iz jednog stacionarnog položaja u drugi događaju se pretežno u smjeru djelovanja spoljna sila (Sl.8.8). Zbog toga tečnost teče i poprima oblik posude.
Čvrste materije. Atomi ili molekuli čvrstih materija, za razliku od atoma i molekula tečnosti, vibriraju oko određenih ravnotežnih položaja. Iz tog razloga, čvrste materije zadržati ne samo volumen, već i oblik. Potencijalna energija interakcije između molekula čvrstog tijela znatno je veća od njihove kinetička energija.
Postoji još jedna važna razlika između tečnosti i čvrstih materija. Tečnost se može uporediti sa gomilom ljudi, gde se pojedini pojedinci nemirno guraju na mestu, a čvrsto telo je kao vitka grupa istih pojedinaca koji, iako ne stoje na pažnji, održavaju u proseku određene udaljenosti između sebe. . Ako povežete centre ravnotežnih položaja atoma ili jona čvrstog tijela, dobićete pravilnu prostornu rešetku tzv. kristalno.
Slike 8.9 i 8.10 prikazuju kristalne rešetke kuhinjske soli i dijamanta. Unutrašnji poredak u rasporedu kristalnih atoma dovodi do pravilnih vanjskih geometrijskih oblika.
Slika 8.11 prikazuje dijamante Jakuta.
U plinu je udaljenost l između molekula mnogo veća od veličine molekula 0:" l>>r 0 .
Za tečnosti i čvrste materije l≈r 0. Molekuli tečnosti su poređani u neredu i s vremena na vreme skaču iz jednog staloženog položaja u drugi.
Kristalne čvrste tvari imaju molekule (ili atome) raspoređene na striktno uređen način.
2. Idealan gas u molekularno-kinetičkoj teoriji
Proučavanje bilo koje oblasti fizike uvijek počinje uvođenjem određenog modela, u okviru kojeg se odvija dalje proučavanje. Na primjer, kada smo proučavali kinematiku, model tijela je bio materijalna tačka, itd. Kao što ste možda pretpostavili, model nikada neće odgovarati stvarnim procesima koji se dešavaju, ali često je vrlo blizu ovoj korespondenciji.
Molekularna fizika, a posebno MCT, nije izuzetak. Mnogi naučnici su radili na problemu opisivanja modela od osamnaestog veka: M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (slika 1). Potonji je, zapravo, uveo model idealnog plina 1857. godine. Kvalitativno objašnjenje osnovnih svojstava tvari na temelju molekularne kinetičke teorije nije posebno teško. Međutim, teorija koja uspostavlja kvantitativne veze između eksperimentalno izmjerenih veličina (pritisak, temperatura itd.) i svojstava samih molekula, njihovog broja i brzine kretanja, vrlo je složena. U plinu pri normalnom pritisku, razmak između molekula je višestruko veći od njihovih dimenzija. U ovom slučaju, sile interakcije između molekula su zanemarljive, a kinetička energija molekula je mnogo veća od potencijalne energije interakcije. Molekuli gasa se mogu smatrati kao materijalne tačke ili vrlo male tvrde lopte. Umjesto pravi gas, između molekula čijih kompleksnih interakcijskih sila djeluju, razmotrit ćemo ga Model je idealan gas.
Idealan gas– model plina, u kojem su molekule i atomi plina predstavljeni u obliku vrlo malih (veličina nestajanja) elastičnih kuglica koje ne stupaju u interakciju jedna s drugom (bez direktnog kontakta), već se samo sudaraju (vidi sliku 2).
Treba napomenuti da razrijeđeni vodonik (pod vrlo niskim pritiskom) gotovo u potpunosti zadovoljava model idealnog plina.
Rice. 2.
Idealan gas je plin u kojem je interakcija između molekula zanemarljiva. Naravno, kada se molekuli idealnog gasa sudare, na njih deluje odbojna sila. Budući da molekule plina, prema modelu, možemo smatrati materijalnim tačkama, zanemarujemo veličine molekula, s obzirom da je volumen koji zauzimaju mnogo manji od volumena posude.
Podsjetimo da se u fizičkom modelu uzimaju u obzir samo ona svojstva realnog sistema čije je razmatranje apsolutno neophodno da bi se objasnili proučavani obrasci ponašanja ovog sistema. Nijedan model ne može prenijeti sva svojstva sistema. Sada moramo riješiti prilično uzak problem: korištenjem molekularne kinetičke teorije za izračunavanje tlaka idealnog plina na stijenkama posude. Za ovaj problem se ispostavlja da je idealan model plina sasvim zadovoljavajući. To dovodi do rezultata koji su potvrđeni iskustvom.
3. Pritisak plina u molekularno-kinetičkoj teoriji
Neka plin bude u zatvorenoj posudi. Manometar pokazuje pritisak gasa p 0. Kako nastaje ovaj pritisak?
Svaki molekul plina koji udari o zid djeluje na njega određenom silom u kratkom vremenskom periodu. Kao rezultat nasumičnih udara na zid, pritisak se brzo mijenja tokom vremena, otprilike kao što je prikazano na slici 8.12. Međutim, efekti izazvani udarima pojedinačnih molekula su toliko slabi da ih ne registruje manometar. Manometar bilježi prosječnu vremensku silu koja djeluje na svaku jedinicu površine njenog osjetljivog elementa - membrane. Uprkos malim promenama pritiska, prosečna vrednost pritiska p 0 praktički se ispostavlja da je to sasvim određena vrijednost, jer ima dosta udaraca na zid, a mase molekula su vrlo male.
Idealan gas je model pravog gasa. Prema ovom modelu, molekule gasa se mogu smatrati materijalnim tačkama čija interakcija nastaje tek kada se sudare. U sudaru sa zidom, molekuli gasa vrše pritisak na njega.
4. Mikro- i makroparametri gasa
Sada možemo početi da opisujemo parametre idealnog gasa. Podijeljeni su u dvije grupe:
Idealni parametri gasa
Odnosno, mikroparametri opisuju stanje jedne čestice (mikrotijela), a makroparametri opisuju stanje cijelog dijela plina (makrotijela). Zapišimo sada odnos koji povezuje neke parametre s drugima, ili osnovnu MKT jednačinu:
Ovdje: - prosječna brzina kretanja čestica;
Definicija. – koncentracija gasne čestice – broj čestica po jedinici zapremine; ; mjerna jedinica –.
5. Prosječna vrijednost kvadrata brzine molekula
Za izračunavanje prosječnog tlaka morate znati prosječna brzina molekula (tačnije, prosječna vrijednost kvadrata brzine). Ovo nije jednostavno pitanje. Navikli ste na činjenicu da svaka čestica ima brzinu. Prosječna brzina molekula ovisi o kretanju svih čestica.
Prosječne vrijednosti. Od samog početka morate odustati od pokušaja praćenja kretanja svih molekula koji čine plin. Ima ih previše, a kreću se veoma teško. Ne moramo znati kako se svaki molekul kreće. Moramo otkriti do kakvog rezultata vodi kretanje svih molekula plina.
Priroda kretanja čitavog skupa molekula plina poznata je iz iskustva. Molekuli se uključuju u nasumično (termalno) kretanje. To znači da brzina bilo kojeg molekula može biti ili vrlo velika ili vrlo mala. Smjer kretanja molekula se stalno mijenja dok se sudaraju.
Međutim, brzine pojedinačnih molekula mogu biti bilo koje prosjek vrijednost modula ovih brzina je sasvim određena. Slično, visina učenika u odeljenju nije ista, ali je njegov prosek određeni broj. Da biste pronašli ovaj broj, trebate sabrati visine pojedinih učenika i podijeliti ovaj zbroj sa brojem učenika.
Prosječna vrijednost kvadrata brzine. U budućnosti će nam biti potrebna prosječna vrijednost ne same brzine, već kvadrata brzine. Prosječna kinetička energija molekula ovisi o ovoj vrijednosti. A prosječna kinetička energija molekula, kao što ćemo uskoro vidjeti, ima vrlo velika vrijednost kroz molekularnu kinetičku teoriju.
Označimo module brzina pojedinačnih molekula gasa sa . Prosječna vrijednost kvadrata brzine određena je sljedećom formulom:
Gdje N- broj molekula u gasu.
Ali kvadrat modula bilo kojeg vektora jednak je zbroju kvadrata njegovih projekcija na koordinatne ose OX, OY, OZ. Zato
Prosječne vrijednosti količina mogu se odrediti pomoću formula sličnih formuli (8.9). Između prosječne vrijednosti i prosječnih vrijednosti kvadrata projekcija postoji isti odnos kao odnos (8.10):
Zaista, jednakost (8.10) vrijedi za svaki molekul. Dodavanje ovih jednakosti za pojedinačne molekule i dijeljenje obje strane rezultirajuće jednadžbe brojem molekula N, dolazimo do formule (8.11).
Pažnja! Budući da su smjerovi tri ose OH, OH I OZ zbog slučajnog kretanja molekula, one su jednake, prosječne vrijednosti kvadrata projekcija brzine su međusobno jednake:
Vidite, iz haosa se pojavljuje određeni obrazac. Možete li ovo sami shvatiti?
Uzimajući u obzir relaciju (8.12), zamjenjujemo u formuli (8.11) umjesto i . Tada za srednji kvadrat projekcije brzine dobijamo:
tj. srednji kvadrat projekcije brzine jednak je 1/3 srednjeg kvadrata same brzine. Faktor 1/3 pojavljuje se zbog trodimenzionalnosti prostora i, shodno tome, postojanja tri projekcije za bilo koji vektor.
Brzine molekula se nasumično mijenjaju, ali prosječni kvadrat brzine je dobro definirana vrijednost.
6. Osnovna jednadžba molekularne kinetičke teorije
Prijeđimo na izvođenje osnovne jednadžbe molekularne kinetičke teorije plinova. Ova jednačina utvrđuje zavisnost pritiska gasa od prosečne kinetičke energije njegovih molekula. Nakon izvođenja ove jednačine u 19.st. i počelo je eksperimentalno dokazivanje njegove valjanosti brz razvoj kvantitativna teorija, koja traje do danas.
Dokaz gotovo bilo koje tvrdnje u fizici, izvođenje bilo koje jednadžbe može se izvesti s različitim stupnjevima strogosti i uvjerljivosti: vrlo pojednostavljeno, manje ili više rigorozno, ili sa punom dostupnom strogošću moderna nauka.
Rigorozno izvođenje jednadžbe molekularne kinetičke teorije plinova je prilično složeno. Stoga ćemo se ograničiti na vrlo pojednostavljeno, shematsko izvođenje jednadžbe. Unatoč svim pojednostavljenjima, rezultat će biti ispravan.
Izvođenje osnovne jednadžbe. Izračunajmo pritisak gasa na zidu CD plovilo ABCD području S, okomito na koordinatnu osu OX (Sl.8.13).
Kada molekul udari o zid, njegov impuls se mijenja: . Pošto se modul brzine molekula pri udaru ne mijenja, onda 
. Prema drugom Newtonovom zakonu, promjena količine gibanja molekule jednaka je impulsu sile koja na njega djeluje sa stijenke posude, a prema trećem Newtonovom zakonu, veličina impulsa sile kojom se molekula djeluje na zid je isto. Posljedično, kao rezultat udara molekula, na zid je djelovala sila, čiji je impuls jednak .
