Методическая разработка урока физики в 10 классе
Тема: Уравнение состояния идеального газа
Цель урока:
- Вывести зависимость между параметрами p, V, T.
- Применить полученные знания при решении задач.
- Развивать логическое мышление учеников.
- Развивать навыки самообразования.
- Находить решение проблемных ситуаций.
Оборудование:
- Поурочные карты
- Тесты
- Компьютер
- Мультимедийный проектор
- Презентация PowerPoint
Здравствуйте, ребята, садитесь, пожалуйста.
Перед началом урока проведем небольшой тест, чтобы проверить ваши знания. У вас есть 4 минуты на ответы на вопросы. Вы можете приступать.
Сколько атомов в 1 моль вещества?
- а) 6·10^23
- б) 12 ·10^23
- в) 6·10^-23
- г) количество материи
Какое явление, названное затем его именем, впервые наблюдал Роберт Броун?
- а) беспорядочное движение отдельных атомов
- б) беспорядочное движение отдельных молекул
- в) беспорядочное движение мелких твёрдых частиц в жидкости
- г) все три явления, перечисленные в ответах а – в
Какое примерно значение температуры по абсолютной шкале соответствует температуре 27°C по шкале Цельсия?
- а) 327 K
- б) 300 K
- в) 273 K
- г) 246 K
Что определяет произведение 3/2 kT?
- а) среднюю кинетическую энергию молекулы идеального газа
- б) давление идеального газа
- в) абсолютную температуру идеального газа
- г) внутреннюю энергию идеального газа
Можно ли говорить о температуре одной или нескольких молекул?
- а) можно говорить о температуре одной молекулы
- б) можно говорить о температуре нескольких молекул
- в) можно говорить только о температуре очень большого числа молекул
- г) можно говорить и о температуре одной молекулы, и нескольких молекул
Как изменится давление газа при уменьшении его объема в 4 раза? При неизменной температуре.
- а) уменьшится в 4 раза
- б) увеличится в 4 раза
- в) уменьшится в 2 раза
- г) увеличится в 2 раза
Проверьте ваши ответы и поставьте себе оценку:
- 5 – 8 верных ответов
- 4 – 7 верных ответов
- 3 – 5-6 верных ответов
- 2 – не более 4 верных ответов
Проверьте знание формул:
- Число частиц в любом теле
- Зависимость давления идеального газа от температуры
- Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной частицы
- Тепловая скорость движения молекулы
- Средняя кинетическая энергия молекулы с массой m0
(Ответ: 1 —- 2, 2 —–3, 3 —5, 4 —–4, 5 —-1)
Целеполагание и мотивация
Проблемная ситуация.
Важную роль в нормальной жизнедеятельности многих людей играет атмосферное давление. Какие способы измерения или вычисления атмосферного давления, например, в нашем кабинете вы можете предложить?
Ученик: Самый простой способ использовать барометр – прибор для измерения атмосферного давления.
Педагог:
А если нет барометра, если у нас под рукой только линейка и термометр. Предложите способ определения атмосферного давления в нашем кабинете с помощью линейки и термометра (Время на обдумывание – 3 мин).
Вычисление атмосферного давления
- Термометром можно измерить температуру
- Линейкой измерить размеры комнаты и вычислить объем
Ученик:
А как установить зависимость между давлением, объемом и температурой?
Педагог:
Для вычисления атмосферного давления в нашем кабинете мы пришли к необходимости установить зависимость между давлением, объемом и температурой. Какова основная учебная (познавательная) задача урока?
Ученики:
Вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами — p, V, T.
Педагог:
Итак, какова тема сегодняшнего урока: Ученики: Уравнение состояния идеального газа.
Основная познавательная задача
Ученики:
Вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами — p, V, T идеального газа.
Педагог:
Составим план наших действий. Урок мы начали с определения очень важного макропараметра – давления.
Педагог:
Подумайте, каким образом можно связать три последних выражения, которые содержат интересующие нас макропараметры P, V, T?
Ученики:
Подставить выражение для концентрации и числа молекул в уравнение P = nkT.
Следующий путь – путь подражания – это путь самый легкий.
Первичное усвоение материала
Итак, мы вспомнили все необходимое, наметили план решения нашей учебной задачи.
Учебная задача
Вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами — p, V, T.
Предлагаю вам самостоятельно вывести уравнение состояния идеального газа. Работа с учебником §68.
- Вывести уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клапейрона
- Ввести универсальную газовую постоянную R. Выяснить физический смысл универсальной газовой постоянной R.
Связь между давлением, объемом и температурой идеального газа
Уравнение Клапейрона является одним из ключевых уравнений в физике идеального газа, которое связывает давление, объем и температуру в двух различных состояниях газа.
Уравнение состояния вещества
Уравнение, которое выражает связь между макроскопическими параметрами состояния вещества (давлением, объемом и температурой), называется уравнением состояния этого вещества. Для идеального газа это уравнение имеет простой вид.
Универсальная газовая постоянная R
Преобразуя уравнение состояния идеального газа, мы получаем универсальную газовую постоянную R, которая имеет значение 8,31 Дж/(моль.К). Уравнение Менделеева-Клапейрона, предложенное Дмитрием Ивановичем Менделеевым, обобщает результаты Б.П. Клапейрона.
Закрепление темы:
а) Решение задачи:
Сколько гелия потребуется для наполнения воздушного шара объемом 500 м3 при нормальном атмосферном давлении и температуре 300 К? Ответ: 83 кг.
б) Задание из ЕГЭ по физике:
- Необходимо определить число в свободной клетке таблицы с учетом уравнения Клапейрона-Менделеева.
- Рассчитать массу воздуха, вышедшего из комнаты при изменении температуры.
- Определить объем кислорода в баллоне при известной температуре.
Уравнение Клапейрона-Менделеева поможет решить эти задачи точно и легко.
Изучение процессов с идеальным газом
На рисунке изображено изменение состояния постоянной массы разреженного аргона. Температура газа в состоянии 1 равна 27 °C. Какая температура соответствует состоянию 2? Ответ выразите в градусах Кельвина.
Из графика видно, что процесс изохорный. В таком процессе выполняется соотношение:
Два моля идеального газа, находящегося в закрытом сосуде при температуре 300 K, начинают нагревать. График зависимости давления p этого газа от времени t изображён на рисунке. Чему равен объем сосуда, в котором находится газ? Ответ выразите в литрах.
Из уравнения Менделеева — Клапейрона получаем:
Используя уравнение Менделеева — Клапейрона:
- На графиках приведены зависимости давления p и объема V от времени t для 0,2 молей идеального газа. Чему равна температура газа в момент t = 30 минут? Ответ выразите в градусах Кельвина с точностью до десятков.
По графикам найдем значение объема и температуры в момент времени 30 минут:
- На графиках приведены зависимости давления p и объема V от времени t для 0,4 молей идеального газа. Чему равна температура газа в момент t = 45 минут? Ответ выразите в градусах Кельвина с точностью до десятков.
Д/з:
- § 68 (Ответить на вопросы), упр. 13 (5).
- Подготовить информацию о Менделееве и Клапейроне.
Рефлексия: Подведи итог своей работы.