Практическая работа на применение уравнения состояния идеального газа

Раздел дисциплины: Молекулярная физика.

Тема урока: «Решение задач на применение Уравнение Менделеева-Клапейрона».

Тип урока: урок структуризации полученных знаний (общеметодологической направленности).

Вид урока: комбинированный (дискуссия с постановкой проблемных ситуаций, практическая работа, самостоятельная работа).

Цели урока:

1.Образовательная – продолжить формирование умения решать количественные задачи на применение уравнения Менделеева-Клапейрона; расширить знания в области молекулярной физики.

2.Развивающая –  способствовать формированию умений анализировать, обобщать факты, применять полученные знания при решении задач.

3.Воспитательная – формирование сознательного отношения к процессу обучения, стремления к самостоятельной деятельности; продолжить формирование основ научного мировоззрения обучающихся.

Метод проведения урока: проблемно-поисковый.

Время реализации урока: 45 мин

 Межпредметные связи:

Химия (количество вещества или число моль, молярная масса).

Внутрипредметные связи:

Атомная физика (строение атома, масса и заряд элементарных частиц).

Оснащение урока:

Оборудование:

• Компьютер.
• Мультимедийный проектор.

Программное обеспечение:

• Microsoft Windows XP (Microsoft Word, Microsoft Office PowerРoint).

Дидактический  материал:

·       Карточки (15 штук)  Приложение.

·      Дополнение к практической работе.

Список литературы:

1.    Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Учебник.Физика 10 класс. – М.: Просвещение,2013

2.    Рымкевич А.П.Физика.Задачник.10-11 класс. – М.:Дрофа,2014

                                                   Ход урока

1) Организационный момент. Формулирование темы.

Преподаватель проверяет присутствие обучающихся и их готовность к уроку.

Создание деловой и доброжелательной обстановки.

Формулирование темы и цели урока.                                                       

Преподаватель рассказывает об общем ходе занятия.

2) Актуализация имеющихся знаний, умений и навыков.

Фронтальный опрос:

1.     Какой газ называют идеальным?

2.     Назовите микроскопические параметры идеального газа.

3.     Как объяснить давление газа с точки зрения МКТ?

4.     Каким прибором измеряется давление газа?

5.     Запишите основное уравнение МКТ идеального газа.

6.     От чего зависит средняя кинетическая энергия молекул идеального газа?

7.     От каких величин зависит средняя квадратичная скорость молекул идеального газа?

8.     Что такое температура и что она характеризует? С какими микроскопическими параметрами связана температура?

9.     Запишите формулу, устанавливающую взаимосвязь температуры по шкале Кельвина и Цельсия.

10. Запишите формулу, показывающую зависимость средней кинетической энергии поступательного движения молекул от температуры.

11.Для того чтобы описать состояние идеального газа используют три термодинамических параметра. Какие?

12. Запишите уравнение состояния идеального газа.

Решение задачи у доски с помощью преподавателя

Задача:

Баллон с предохранительным клапаном (газгольдер) содержит водород при и давлении Па. При  нагревании баллона до    через клапан выходит водород массой кг, вследствие чего давление не изменяется. Определить объем баллона.

Пояснение решения задачи:

Cначала состояние газа описывалось уравнением:

Масса газа в баллоне была, соответственно:

После установления нового равновесия масса газа в баллоне станет:

По условию задачи , :

Откуда объем сосуда равен:

Подставим числа, переведем температуры в шкалу Кельвина:

 К, К

Ответ: V = 1011 м.

3) Закрепление навыков

 Практическая работа -  самостоятельная работа обучающихся

Методические рекомендации к самостоятельной работе:

Самостоятельная работа представлена в трех вариантах и имеет дифференцированный характер.

Вариант №3 следует предлагать самым сильным обучающимся.

 Обратите внимание !

Задание № 3 для 1 варианта и задания №2 для 2 и 3 вариантов подается на экране.

Самостоятельная работа

1 вариант

1) Температуру идеального газа увеличили в 4 раза. При этом средняя квадратичная скорость его молекул:

А) увеличилась в 4 раза                             

В) увеличилась в 2 раза                             

С) уменьшилась в 4 раза

2) В таблице приведены значения некоторых параметров состояния газа. Определить недостающий параметр.

3) Определить массу воздуха в помещении №1 (Задание на экране)

2 вариант

1) Сравнить давления водорода и кислорода  при одинаковых концентрациях молекул и равных средних квадратичных скоростях их движения.    М1 = 2 г/моль,  М2 = 32 г/моль.     Р2 / Р1 =                                                                                                                                А) 1/16      В) 16      С)  64      

2) Определить массу воздуха в помещении №2 (Задание на экране)

3)  Найти формулу некоторого соединения углерода с водородом, если известно, что это вещество массой m = 0,66 г в газообразном состоянии при температуре   t = 27 0C в объеме 1 дм3 создает давление  Р = 105 Па?

3 вариант

1) В результате нагревания давление газа в закрытом сосуде увеличилось в 4 раза. Во сколько раз изменилась средняя квадратичная скорость молекул газа?   u2 /u1=  

  А) 2        В) 4         С)  8  

2) Определить массу воздуха в помещении №3 (Задание на экране)

3) До какой температуры  Т1  при постоянном давлении Р = 105   Па надо нагреть кислород, чтобы его плотность стала равна плотности водорода при том же давлении и температуре Т2= 200 К ?

Содержание заданий № 3 для 1 варианта и задания №2 для 2 и 3 вариантов

Дан план квартиры. Определить массу воздуха в помещениях №1 – 1 вариант, №2 – 2 вариант, №3 – 3 вариант при нормальном атмосферном давлении  (P = 100 кПа;                 M = 29·10-3 кг/моль  –  молярная масса воздуха).

Принимаются следующие условия:

    - Температура в помещениях 22 0С

    - Высота потолка в квартире 2 м 70 см

Методические рекомендации по организации самостоятельной работы.

Карточка самостоятельной работы дана в приложении.

Задание № 3 для 1 варианта и задания №2 для 2 и 3 вариантов подается на экране с помощью Microsoft Office PowerРoint  (дополнение к практической работе).

Пояснение решения задачи №3 для 2 варианта:

Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона

Молярная масса вещества равна:

В формулу подставлена абсолютная температура  Т = t +273, Т = 300 К ; объем выражен в м3 .

М = 16 • 10-3   кг/моль, или 16 г/моль, или молекулярная масса равна 16 а.е.м. – то есть в состав соединения войдет атом углерода с молекулярной массой 12 а.е.м. и 4 атома водорода с молекулярной массой 1 а.е.м. – формула соединения СН4.

Пояснение решения задачи №3 для 3 варианта:

Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона

Плотность – это масса некоторого объема: , или . Тогда

Молярная масса вещества равна:

Тогда плотность газа:

Для кислорода:

Для водорода:

Приравняем плотности:

Сократив, имеем:

Откуда

Ответ: Т1 = 3200 К

Критерии выставления оценки за работу обучающихся:

«5»  – 3 задания

«4»  –  2 задания

«3»  –  1 задание

4) Подведение итогов урока. Рефлексия.

Преподаватель совместно с обучающимися подводит итоги урока.

Обучающиеся отвечают на вопросы:

Что нового узнали сегодня на занятии?

Чему научились?

Что на уроке показалось трудным?

Преподаватель выставляет оценки обучающимся за работу на занятии.

Задание на дом: 

§ 70; вопросы стр 191 [1] ;

задачи 479, 480 [2]       

Спасибо за работу!

                                                                                                                   Приложение

                                                       Самостоятельная работа

1 вариант

1) Температуру идеального газа увеличили в 4 раза. При этом средняя квадратичная скорость его молекул:

А) увеличилась в 4 раза                             

В) увеличилась в 2 раза                             

С) уменьшилась в 4 раза

2) В таблице приведены значения некоторых параметров состояния газа. Определить недостающий параметр.

3) Определить массу воздуха в помещении №1 (Задание на экране)

2 вариант

1) Сравнить давления водорода и кислорода  при одинаковых концентрациях молекул и равных средних квадратичных скоростях их движения.    М1 = 2 г/моль,  М2 = 32 г/моль.     Р2 / Р1 =                                                                                                                             А) 1/16      В) 16      С)  64      

2) Определить массу воздуха в помещении №2 (Задание на экране)

3)  Найти формулу некоторого соединения углерода с водородом, если известно, что это вещество массой m = 0,66 г в газообразном состоянии при температуре   t = 27 0C в объеме 1 дм3 создает давление  Р = 105 Па?

3 вариант

1) В результате нагревания давление газа в закрытом сосуде увеличилось в 4 раза. Во сколько раз изменилась средняя квадратичная скорость молекул газа?   u2 /u1=                                                        

                         А) 2        В) 4         С)  8  

2) Определить массу воздуха в помещении №3 (Задание на экране)

3) До какой температуры  Т1  при постоянном давлении Р = 105   Па надо нагреть кислород, чтобы его плотность стала равна плотности водорода при том же давлении и температуре Т2= 200 К ?

                                                      Дополнение к практической работе                           

                                                                    (Microsoft Office PowerРoint)

Слайд №1

Слайд №2

Слайд №3