Методическая разработка урока по физике по теме: «Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Газовые законы»

Ход урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

I. Организационный момент

Приветствие студентов. Проверка готовности к учебному процессу, организация внимания студентов. Обеспечение благоприятного настроя.

Проверяют свою готовность к уроку (наличие тетради, ручки, карандаша с линейкой)

II. Проверка выполнения домашнего задания

Выборочная проверка конспектов (5-6 человек)

Студенты, фамилии которых были названы, показывают свои тетради с домашним заданием

III. Актуализация ранее усвоенных знаний

Для того, чтобы познакомиться с новой темой, давайте вспомним понятия, формулы, изученные на предыдущих уроках.

Фронтальный опрос (слайд 2):

Поднимают руку и отвечают на поставленные вопросы

1) Как называется модель, на которой рассматривают состояние газообразных тел?

Идеальный газ

2) Что называется идеальным газом?

Идеальный газ – это модель реального газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало

3) Назовите условия, при которых газ можно считать идеальным?

- между молекулами отсутствуют силы притяжения;

- размеры молекул несущественны;

- взаимодействия между молекулами проявляются только при их непосредственном упругом соударении;

- молекулы движутся хаотически

4) Какими параметрами характеризуется состояние идеального газа?

Назовите единицы измерения каждого параметра

Давление, объем, температура

Давление p [Па];

Объем V [м3];

Температура T [К] (Т=toC+273)

5) Как называются эти параметры?

Макроскопические

6) Какие параметры, характеризующие газ и процессы, проходящие в нем, называются макроскопическими параметрами?

Параметры, характеризующие свойства газа как целого (без учета молекулярного строения тел) называются макроскопическими

7) Как создается давление?

Давление объясняется соударением молекул друг с другом и со стенками сосуда.

8) От чего зависит давление?

Давление газа зависит от массы, скорости и количества молекул

9) Как термодинамический параметр давления связан с микроскопическими параметрами? (уравнение записывает на доске)

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории

10) В чем заключается физический смысл уравнения МКТ?

Давление идеального газа – это совокупность всех ударов молекул о стенки сосуда. Это уравнение можно выразить через концентрацию частиц, их среднюю скорость и массу одной частицы

11) Что называется концентрацией молекул?

Концентрация – это число молекул в единице объема

IV. Изучение нового материала

Решим с вами экспериментальную задачу: определим массу воздуха в нашем классе. Имеющееся у нас оборудование: термометр и линейка.

Рассуждают: термометром можно измерить температуру помещения, линейкой измерить размеры класса и вычислить объем.

А как найти массу, зная объем и температуру?

И это будет целью нашего урока, вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами: p, V, T.

Создавая газа описание,

Параметры укажем состояния:

Температуру и давление, объем,

И связи между ними мы найдем!

Запишите тему урока «Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Газовые законы»

Открывают тетради и записывают тему урока

Скажите, а где мы встречаемся с газовыми законами на практике?

Приводят примеры: дыхание человека, нагревание лампы, термометр, сжатие мяча и т. д.

Записывает вывод формулы на доске (запись ведется на основной доске).

Нам известны три формулы, которыми мы пользуемся:

Подставим в формулу давления значения n и N, получим:

Умножим левую и правую часть на V:

Справа стоит произведение двух постоянных величин

Записывают вывод формулы в тетрадь

Фронтальный опрос (числовые значения величин записывает на дополнительной доске):

Поднимают руку и отвечают на поставленные вопросы (числовые значения величин записывают в тетрадь)

1) Как называются данные постоянные величины?

NA – постоянная Авогадро;

k – постоянная Больцмана

2) Какой физический смысл постоянной Авогадро?

Чему равно ее числовое значение?

Число частиц (атомов или молекул), содержащихся в 1 моле любого вещества

3) Какой физический смысл постоянной Больцмана?

Чему равно ее числовое значение?

Физическая величина, определяющая связь между температурой и энергией

Вычислим произведение данных постоянных величин (запись ведется на дополнительной доске):

Данную величину называют универсальной газовой постоянной и обозначают R:

Записывают в тетрадях

Физический смысл состоит в том, что ее величина численно равна работе, которую совершает один моль идеального газа, расширяясь при нагревании на один градус (при постоянном давлении).

Записывают в тетрадь

Возвращаемся к записи на основной доске.

Тогда уравнение примет вид:

Выделяем данное уравнение. Это и есть уравнение состояния идеального газа, которое называется уравнением Менделеева-Клапейрона (слайд 3).

Записывают в тетрадь (продолжают свои записи)

Есть у нас идеальный газ,

И мы запомним сразу

Закон, который Менделеев-Клапейрон

Открыли для этих газов:

Слева в нем произведенье

Их объема и давленья,

Справа на стоит,

Вот закона общий вид (слайд 4)

Из данного уравнения вытекает связь между давлением, объемом и температурой идеального газа, который может находиться в двух любых состояниях.

Решим поставленную ранее задачу: найдем массу воздуха в классе.

Дано:

Ширина а=6м

Длина b=9м

Высота h=3м

Температура t=22оС

Давление р=105Па

R=8,31Дж/моль∙К

М=0,029кг/моль

Найти:

m - ?

Задачу записывают в тетрадь.

Пытаются решить самостоятельно

Решение:

Выразим температуру в Кельвинах:

Найдем объем кабинета:

Уравнение состояния идеального газа:

Выразим из формулы массу m:

Ответ: 191,6кг

Рассмотрим систему, находящуюся в двух состояниях, с параметрами p, V, T (при постоянной массе) (слайд 8)

Записывают в тетрадь

Разделим на температуру:

Делают вывод: правые части равны, значит, равны и левые

- это уравнение Клапейрона

Самостоятельно делают вывод и записывают его в тетрадь: при фиксированной массе отношение произведения давления и объема к температуре есть величина постоянная

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из параметров – давление, объем или температура – остаются неизменными.

Определение. Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами) (слайд 9)

Определение записывают в тетрадь

1) Изотермический процесс (слайд 10)

Самостоятельно определяют вид уравнения и формулируют вывод

Данный закон носит название закона Бойля-Мариотта

В ходе изотермического процесса произведение давления газа на его объем остается постоянным

Зависимость давления газа от его объема является обратной.

Что является графиком функции, выражающей обратную зависимость? (слайд 11)

Гипербола

Самостоятельно изображают график

2) Изобарный процесс (слайд 12)

Самостоятельно определяют вид уравнения и формулируют вывод

Данный закон носит название закона Гей-Люссака

В ходе изобарного процесса объем газа прямо пропорционален температуре

Зависимость объема газа от его температуры является прямой.

Что является графиком функции, выражающей прямую зависимость? (слайд 13)

Прямая

Самостоятельно изображают график

3) Изохорный процесс (слайд 14)

Самостоятельно определяют вид уравнения и формулируют вывод

Данный закон носит название закона Шарля

В ходе изохорного процесса при постоянном объеме газа его давление прямо пропорционально температуре

Зависимость давления газа от его температуры является прямой.

Что является графиком функции, выражающей прямую зависимость? (слайд 15)

Прямая

Самостоятельно изображают график

V. Закрепление нового материала

Читает условия задачи (слайд 16)

Задача 1. В процессе изохорного охлаждения давление газа уменьшилось в 3 раза. Какой была начальная температура газа, если конечная температура стала равной 27оС?

Записывают условие задачи в тетрадь

Решают задачу у доски с помощью учителя

Дано:

Найти:

Решение:

Ответ:

Задача 2. При изотермическом процессе объем газа увеличился в 6 раз, а давление уменьшилось на 50кПа. Определите конечное давление газа.

Записывают условие задачи в тетрадь

Решают задачу у доски с помощью учителя

Дано:

Найти:

Решение:

Ответ:

Задача 3. В процессе изобарного нагревания объем газа увеличился в 2 раза. На сколько градусов нагрели газ, если его начальная температура равна 273оС?

Записывают условие задачи в тетрадь

Решают задачу у доски с помощью учителя

Дано:

Найти:

Решение:

Ответ:

VI. Проверка усвоенных знаний

Проверим, насколько вы усвоили новый материал. Напишем небольшой тест.

Раздает карточки с вопросами теста и бланки ответов

Самостоятельная работа учащихся (тестовое задание)

Отвечают на вопросы теста

Вариант 1

1. Как изменится давление идеального газа при увеличении температуры и объема газа в 4 раза?

А. увеличиться в 4 раза

Б. уменьшиться в 4 раза

В. Не измениться

2. В одинаковых сосудах при одинаковой температуре находятся водород (Н2) и углекислый газ (СО2). Массы газов одинаковы. Какой из газов и во сколько раз оказывает большее давление на стенки сосуда?

А. водород в 22 раза

Б. углекислый газ в 22 раза

В. Водород в 11 раз

3. Какому процессу соответствует график, изображенный на рисунке?

А. изохорному

Б. изобарному

В. Изотермическому

4. Во сколько раз измениться давление воздуха в цилиндре (рис.), если поршень переместить на влево?

А. не измениться

Б. увеличиться в 1,5 раза

В. Уменьшиться в 1,5 раза

5. Во сколько раз отличается плотность метана (СН4) от плотности кислорода (О2) при одинаковых условиях?

А. плотность метана в 2 раза меньше

Б. плотность метана в 2 раза больше

В. плотность газов одинакова

Вариант 2

1. Как изменится давление идеального газа при повышении температуры и объема газа в 2 раза?

А. увеличиться в 2 раза

Б. не измениться

В. уменьшиться в 2 раза

2. В одинаковых баллонах при одинаковой температуре находятся кислород (О2) и метан (СН4). Массы газов одинаковы. Какой из газов и во сколько раз оказывает большее давление на стенки баллона?

А. кислород в 2 раза

Б. метан в 2 раза

В. метан в 4 раза

3. Какому процессу соответствует график, изображенный на рисунке?

А. изохорному

Б. изотермическому

В. изобарному

4. Во сколько раз измениться давление воздуха в цилиндре (рис.), если поршень переместить на вправо?

А. не измениться

Б. увеличиться в 1,33 раза

В. уменьшиться в 1,33 раза

5. До какой температуры при нормальном давлении надо нагреть кислород, чтобы его плотность стала равна плотности азота при нормальных условиях?

А. до 39оС

Б. до 59оС

В. до 29оС

Ответы к тесту

Вариант 1

1. В

2. А

3. А

4. Б

5. А

Вариант 2

1. Б

2. Б

3. В

4. В

5. А

Критерии оценивания теста:

Оценка «5» - за 5 правильных ответов;

Оценка «4» - за 4 правильных ответа;

Оценка «3» - за 3 правильных ответа;

Оценка «2» - за 2 правильных ответа.

VII. Подведение итогов урока

Подведем итог урока

Главной цели урока мы достигли: вывели физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами – p, V, T; использовали его при решении задач

Уравнение состояния – первое из замечательных обобщений в физике, с помощью которых свойства разных веществ выражаются через одни и те же основные величины. Именно к этому стремится физика – к нахождению общих законов, не зависящих от тех или иных веществ. Газы, существенно простые по своей природе, дали первый пример такого обобщения

VIII. Домашнее задание

(слайд 17)

Конспект выучить.

Решить задачи [4], стр. 172-173: 3.8, 3.9, 3.11, 3.13

Записывают в тетрадь