План-конспект урока Урок открытие с элементами исследования. Уравнение состояния идеального газа

Вид материала

Урок

Содержание План-конспект урока Цели урока Тип урока Ход урока. Учитель. Что такое идеальный газ? (слайд №2) Ученик. Учитель. Назовите условия, при которых газ можно считать идеальным? Ученик Учитель. Запишите и объясните физический смысл основного уравнения молекулярно-кинетической теории. Ученик. II. Постановка проблемного вопроса и решение его. Ученик. Параметры, характеризующие свойства газа как целого называются макроскопическими или макропараметрами. Учитель Ученик. p – давление, V – объем, T – температура. Учитель 1.Постоянная Лошмидта 2.Уравнение Клапейрона. Для постоянной массы идеального газа отношение произведения давления на объем к данной температуре есть величина постоянная. Историческая справка 3.Уравнение Менделеева – Клапейрона Историческая справка IV.Закрепление изученного материала. Учитель: Какова концентрация молекул идеального газа при нормальных условиях? Ученик Учитель: Какие величины характеризуют состояние газа? Ученик Ученик: Уравнение состояния идеального газа для постоянной массы газа. Уравнение Менделеева – Клапейрона для переменной массы га ... Полное содержание

Подобный материал:

• 4 Универсальное уравнение состояния идеального газа, 171.14kb.
• Романов Сергей Викторович программа, 206.22kb.
• Л. Н. Гумилева Физико-технический факультет Экзаменационные билеты, 42.99kb.
• Вопросы вступительного экзамена по физике для специальности «6N0604-физика», 33.91kb.
• Программа вступительных экзаменов в магистратуру по специальности 6М011000 Физика Кинематика, 52.46kb.
• Элективный курс «Решение задач» Тема: «Молекулярно-кинетическая теория идеального газа», 63.54kb.
• План-конспект Тема урока : Движение жидкостей и газов. Уравнение Бернулли, 43.29kb.
• Контрольная работа №5 10 класс По теме: «Молекулярно-кинетическая теория. Свойства, 99.75kb.
• Темы к экзаменам Семестр, 52.51kb.
• Конспект урока "Кристаллы в природе и технике", 136.76kb.

Автор:

Галимуллина Фарида Ханифовна

учитель физики,математики, информатики МОБУ СОШ №1

им. М.Абдуллина с. Киргиз-Мияки

муниципального района Миякинский район

Республики Башкортостан


Координаты автора:

Адрес: 452080, Республика Башкортостан,

Миякинский район, село Киргиз-Мияки, улица Первомайская, дом 29

Телефон: 8(34788) 2-13-65, 8(34788) 2-11-09 (рабочий)

8(34788) 2-19-14 (домашний)

8-927-317-08-07 (сотовый)

E-mail: farida_73@mail.ru


Аннотация урока.

На современном этапе модернизации образования, для преподавателя цель урока считается достигнутой, если его ученики проявляют наличие прочных и глубоких знаний по предмету, интерес к предмету и способности к самообразованию.

Урок - открытие с элементами исследования является творческим для учащихся, где они находятся в роли «ученых-теоретиков», и сами приходят к известным уравнениям. Учащиеся становятся участниками урока, а не пассивными наблюдателями. А учителю отводится роль «дирижера» урока, который направляет мыслительную деятельность учащихся. В ходе беседы повторяются и обобщаются знания учащихся полученные ранее. Все записи формул и выводы делаются учащимися, и, в этом проявляется творческий характер урока. После вывода формул сообщается историческая справка об ученом сделавшем открытие. Дается историческая справка о 175- летнем юбилее Д. И Менделееве. В ходе урока используется компьютерная презентация


План-конспект урока

Урок открытие с элементами исследования.

Уравнение состояния идеального газа.


Урок проводится в 10 классе, после изучения темы основное уравнение МКТ. (рассчитан на профильный уровень) (слайд № 0)

Цели урока:

Образовательные. Показать математическую зависимость между тремя макроскопическими параметрами p,V,T. Научить применять физические законы при решении задач. Научить применять полученные знания как язык науки, имеющий огромные возможности.

Воспитательные. Дать возможность почувствовать свой потенциал каждому учащемуся, чтобы показать значимость полученных знаний. Побудить к активной работе мысли. Развивать кругозор учащихся и патриотические чувства, гордости за свою страну, которая играла и играет в прогрессе человечества большую роль.

Развивающие. Формировать умение вести рассказ с помощью опорного конспекта, выражать свои мысли правильным «физическим» языком. Формировать умение выделять главное, обобщать и связывать имеющиеся знания со знаниями из других областей. Формировать умение наблюдать и анализировать явления, кратко и лаконично отвечать на вопросы.

Тип урока: изучение нового материала, с использованием элементов беседы.

Эпиграф к уроку: «Посев научный взойдет для жатвы народной!»

(Дмитрий Иванович Менделеев) (слайд №1)

Демонстрации: зависимость между объемом, давлением и температурой.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, экран, презентация Power Point.

Ход урока.

I. Проверка домашнего задания. Повторение ранее изученного.

( Фронтальный опрос).

Учитель. Здравствуйте ребята. Добрый день. Выполним с вами экспериментальную задачу. Определим атмосферное давление в нашем кабинете. Оборудование: термометр, линейка (рассуждения учащихся).

Ученик. Термометром можно измерить температуру, линейкой измерить размеры комнаты и вычислить объем. А как установить зависимость между давлением, объемом и температурой?

Учитель. И это будет целью нашего урока, вывели физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами -

p, V, T; научиться использовать закон при решении задач.

Учитель. Что такое идеальный газ? (слайд №2)

Ученик. Идеальным газом называется модель реального газа. Молекулярно-кинетическая теория рассматривает идеальный газ как множество частиц (молекул), расстояние между которыми намного превышает размеры самих частиц, находящихся в состоянии непрерывного хаотичного движения.

Учитель. Назовите условия, при которых газ можно считать идеальным?

Ученик. Газ, удовлетворяющий следующим условиям:

- Межмолекулярные взаимодействия отсутствуют.

- Взаимодействия молекул газа происходит только при соударениях, и являются упругими.

- Молекулы газа не имеют объема – материальные точки.

Учитель. Что называется концентрацией?

Ученик. Концентрация – это число молекул в единице объема.

Учитель. Запишите и объясните физический смысл основного уравнения молекулярно-кинетической теории.

Ученик. Давление идеального газа обусловлено ударами молекул о стенку сосуда, поэтому с помощью молекулярно-кинетической теории его можно выразить через концентрацию молекул, средние скорости молекул и массу одной молекулы. p=⅓nm_oυ² - основное уравнение МКТ (уравнение Клаузиуса), устанавливает связь между микро- и макромиром. (слайд №3)

II. Постановка проблемного вопроса и решение его.

Учитель. Какие параметры, характеризующие газ и процессы, проходящие в нем, называются микроскопическими параметрами (микропараметрами)

Ученик. Состояние идеального газа и процессы, проходящие в нем, будут определяться количеством частиц (молекул), из которых состоит газ, и их параметрами, такими как масса, диаметр, скорость, энергия и пр. (слайд №4)

Такие параметры называются микроскопическими или микропараметрами.

Учитель. Какие параметры, характеризующие газ, и процессы, проходящие в нем, называются макроскопическими параметрами (макропараметрами)?

(слайд №5)

Ученик. Параметры, характеризующие свойства газа как целого называются макроскопическими или макропараметрами.

Учитель. Если состояние газа не меняется, то не меняются и эти параметры. Назовите макропараметры, характеризующие газ?

Ученик. p – давление, V – объем, T – температура.

Учитель. Температуру, объем, давление и некоторые другие параметры принято называть параметрами состояния газа. Выведем уравнение, устанавливающее зависимость между этими параметрами. (слайд №6)


III. Изучение нового материала

1.Постоянная Лошмидта. Из основного уравнения МКТ идеального газа можно получить уравнение состояния идеального газа, связывающее между собой параметры состояния p, V и Т.

Е
p=nkT
сли исключим из основного уравнения МКТ микроскопические параметры, заменяя их на макроскопические параметры используя известные соотношения , получаем:

(1)

Это соотношение позволяет по двум известным макроскопическим параметрам (давлению и температуре газа) оценить микроскопический параметр (концентрацию).( у доски работает ученик )

Н
Нормальные условия:

атмосферное давление p=1,013*10⁵ Па,

температура 0⁰С, или Т=273,15 К:

n=p/kT=1,01*10⁵/ (1,38*10^-23*273) м^-3 ≈2,7*10²⁵ м ^-3.

айдем концентрацию молекул любого идеального газа при нормальных условиях (н.у.):


Это значение концентрации молекул идеального газа при нормальных условиях называется постоянной Лошмидта

2.Уравнение Клапейрона.

Получим теперь с помощью равенства (1) новое уравнение. Если известно полное число частиц газа N, занимающего объем V, то число частиц в единице объема

n=N/V,

N=const

С учетом этого выражение (1) приводится к виду

P=NkT/V


pV=NkT


pV/T=NkT

(2)

p₁V₁/T₁=p₂V₂/T₂= const

Так как Nk=const.

Для постоянной массы идеального газа отношение произведения давления на объем к данной температуре есть величина постоянная.

Выведенное нами уравнение связывает давление, объем и температуру, которые определяют состояние идеального газа, называется уравнением состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) (слайд № 7)

Историческая справка (сообщение ученика, приложение №1 ). В 1834 г. Французский физик Б. Клапейрон, работавший длительное время в России (Петербурге), вывел уравнение состояние идеального газа при постоянной массе газа (m=const).( слайд № 8)

3.Уравнение Менделеева – Клапейрона.

Рассмотрим случай для произвольной массы газа


(2) pV/T=kT

N=m/m_o

m_o= M/N_A N=m·N_A/M




pV= mkN_AT/M


где N_A = 6,02·10²³ моль^-1 - число Авогадро_,

k=1,38·10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана

R=kN _A = 8,31Дж/( моль·К) – универсальная газовая постоянная.


pV=m/M R T

уравнение Менделеева – Клапейрона - уравнение состояния идеального газа, связывающее три макроскопических параметра (давление, объем и температуру) газа данной массы. (слайд № 9)

Историческая справка. (сообщение ученика, приложение №2) Обобщив уравнение Клапейрона и введя понятие универсальной газовой постоянной, русский ученый Д. И. Менделеев в 1874 г. вывел общее уравнение для состояния идеального газа. ( уравнение Менделеева – Клапейрона) ( слайд №10)

С помощью данного уравнения можно описывать процессы сжатия и расширения, нагревания и охлаждения идеального газа.

IV.Закрепление изученного материала.

1. Беседа с учащимися по вопросам. (слайд № 11)

Учитель. Каковы нормальные условия для идеального газа?

Ученик. Нормальные условия для идеального газа: атмосферное давление p=1,013*10⁵ Па, температура t=0⁰С, или Т=273,15К:

Учитель: Какова концентрация молекул идеального газа при нормальных условиях?

Ученик: n=p/kT=1,01·10⁵/(1,38·10^-23·273) м^-3 ≈2,7·10²⁵ м ^-3 , это значение концентрации – число Лошмидта.

Учитель: Какие величины характеризуют состояние газа?

Ученик: Макропараметры p, V, T.

Учитель: Чем отличается уравнение состояния газа от уравнения Менделеева - Клапейрона? Какое из них полнее по содержанию? Почему?

Ученик: Уравнение состояния идеального газа для постоянной массы газа. Уравнение Менделеева – Клапейрона для переменной массы газа

Учитель. Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ?

Ученик. R=N_A k= 8,31Дж/ моль·К – универсальная газовая постоянная

2. Решение задач у доски. ( слайд № 12)

Задачи 1,3,4 к § 53 .

Задачи для закрепления пройденной темы (приложение №3)

Дополнительная задача. Для постоянной массы идеального газа отношение произведения давления на объем к данной температуре есть величина постоянная.

Вычислите отношение произведения давления на объем к данной температуре, если газ находиться при нормальных условиях

Полагая что моль газа находиться при нормальных условиях: атмосферное давление p₀=1,013·10⁵ Па, температура t= 0⁰С, или Т₀=273,15К, молярный объем Vо= 22,41·10 ^-3 м³/моль): Подставим и получим

p_оV_о/T_о=8,31 Дж/(моль·К)

R=8,31 Дж/(моль·К) –универсальная газовая постоянная.

V. Итоги урока.

Ученик. Поставленной цели мы достигли: вывели физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами -

p, V, T; и использовали его при решении задач.

Учитель. 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 стремиться физика - к нахождению общих законов, не зависящих от тех или иных веществ. Газы, существенно простые по своей природе, дали первый пример такого обобщения. (слайд № 13)

А завершить урок хотелось словами Д.И. Менделеева, обращенными к нам, его потомкам: «Посев научный взойдет для жатвы народной!». И этот год юбилейный, 175-лет со дня рождения великого русского ученого- естествоиспытателя Д.И. Менделеева (слайд №14).

VI. Домашнее задание: § 53, задачи 2, 5 к § 53. (слайд № 15)

Литература:

1.Мякишев Г.Е. Буховцев Б.Б, Сотский Н.Н. Физика-10/ М- Просвещение 2008

2. Касьянов В. А.. Физика. 10 кл. Профильный уровень/ Из-во - Москва: Дрофа, 2007..

Дополнительные материалы:

Универсальная энциклопедия ВИКИПЕДИЯ( ссылка скрыта)


Приложения к уроку.

Приложение №1 (сообщение ученика).

К ЛАПЕЙРОН, БЕНУА ПОЛЬ ЭМИЛЬ

(Clapeyron, Benoît Paul Emile) (1799–1864), французский физик и инженер.

Родился 26 января 1799 в Париже.

Окончил Политехническую школу (1818). Работал в Институте инженеров путей сообщения в Петербурге (1820–1830).

По возвращении во Францию стал профессором Школы мостов и дорог в Париже.

Работы Клапейрона посвящены тепловым процессам. В 1834 он ввел в термодинамику графический метод, представив в геометрической форме рассуждения Карно. В том же году вывел уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона), объединяющее закон Бойля – Мариотта, закон Гей-Люссака и закон Авогадро. Это было наиболее простое соотношение, применимое с определенной степенью точности к реальным газам при низких давлениях и высоких температурах (в 1874 оно было обобщено .Менделеевым и теперь известно как уравнение Менделеева – Клапейрона). Получил уравнение, связывающее между собой температуру кипения (или плавления) веществ и давление (уравнение Клапейрона – Клаузиуса; последний обосновал это уравнение в 1851).Умер Клапейрон в Париже 28 января 1864.


Приложение № 2 (сообщение ученика)

Менделеев Дмитрий Иванович

(8.II.1834–2.II.1907) Русский ученый-энциклопедист. Ранние научные работы посвящены изучению изоморфизма и удельным объемам (1854–56). Открыл (1860) «температуру абсолютного кипения жидкостей». Автор фундаментального труда «Основы химии», выдержавшего при жизни Д. И. Менделеева восемь изданий. В ходе работ над первым изданием пришел к идее о периодической зависимости свойств химических элементов от их атомных весов. В 1869–1871 изложил основы учения о периодичности, открыл периодический закон и разработал периодическую систему химических элементов. На основе системы впервые предсказал (1870) существование и свойства нескольких не открытых еще элементов, в том числе «экаалюминия» – галлия (открыт в 1875), «экабора» – скандия (1879), «экасилиция» – германия (1886). Осуществил фундаментальный цикл работ по изучению растворов, разработав гидратную теорию растворов. Создал (1873) новую метрическую систему измерения температуры. Нашел (1874) общее уравнение состояния идеального газа, обобщив уравнение Клапейрона (уравнение Клапейрона–Менделеева).

Приложение №3. Задачи для закрепления пройденной темы.

Задача №1. Как измениться давление газа при уменьшении в 4 раза его объема и увеличении температуры в 1,5 раза.?

Дано: V₁=V; V₂=V/4; T₁=T; T₂=1,5T;

Найти: p₂/p₁-?

Решение: pV=m/M R T уравнение Менделеева – Клапейрона.

p₁=m R T₁/MV₁ - первоначальное давление при T_1.

p₂=m R T₂/MV₂ давление газа при T_2.

Найдем отношение p₂/p₁ .После подстановки , получим p₂/p₁=6.

Ответ: увеличится в 6 раз

Задача №3.Оцените число молекул воздуха, находящегося в классе, при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 ^оС

Решение: Надо знать объем класса и молярную массу воздуха. Возможны варианты.

Предположим размеры нашего класса 5×6×3 м³. (Аналогичное домашнее задание. Путем измерений взять размеры комнат в своем доме)

Дано: нормальное атмосферное давление p₀=1,013·10⁵ Па; температура t=20⁰С, или Т₀=293,15К, V= 5×6×3=105м³;

Из формул p=nkT и n = N/V получаем N= nV= pV/kT/

Подставим N= (105·101300)/(293·1,38·10^-23)= 2,5·10²⁸ штук.

Ответ: N= 2,5·10²⁸ штук/

Задача №4.Чему равен объем одного моля газа при нормальных условиях?

Даны нормальные условия: атмосферное давление p₀=1,013·10⁵ Па, температура t=0⁰С, или Т₀=273,15К, количество вещества ν=1 моль.

Найти : V_o _?

Решение: pV=m/M R T уравнение Менделеева – Клапейрона, зная, что ν = m/M.

Получим pV= ν R T.

Подставим данные и вычислим: V_о = (1·8,31·273,15)/101300=0,0224 м³ = 22,4 л

Ответ: V_о = 22,4 л объем одного моля идеального газа любого химического состава при нормальных условиях.


Описание конкурсного материала

Автор (ФИО, ОУ, должность)	Галимуллина Фарида Ханифовна, МОБУ СОШ №1 им. М. Абдуллина с. Киргиз-Мияки, учитель физики, математики, информатики
Название	Урок открытие с элементами исследования. Уравнение состояния идеального газа
Форма	(презентация)
Учебный предмет, класс	Физика, 10 класс (профильный уровень)
Название темы или раздела учебного курса	Молекулярная физика.
Программные средства, с помощью которых создан дидактический материал	Презентация Microsoft Power Point, Документ Microsoft Word
Цели, задачи дидактического материала	На уроке цели презентации: - актуализация знаний; - сопровождение материала урока; (постановка проблемной задачи и её решение, исторические справки об ученых) - первичное закрепление знаний; - обобщение и систематизация знаний. Задачи: - научить учащихся обобщать и делать выводы; -.приобщить учащихся к исследовательской деятельности (преобразование и вывод формул); - ознакомить с историей открытия уравнения состояния идеального газа, биографией ученых.
Содержание дидактического материала (раскрыть подробно)	Презентация Microsoft Power Point 1 Эпиграф к уроку 2. Повторение ранее изученного материала (фронтальный опрос). Слайды 0-3 3. Постановка проблемной задачи и её решение Слайды 4-6 4. Изучение нового материала. Слайды 7, 9 5. Исторические справки, подготовленные учениками. Слайды 8, 10 6 Закрепление изученного материала. Слайды 11 7.Решение задач у доски. Слайд 12 8. Итоги урока, выводы. Слайды 13,14 9. Домашнее задание. Слайд 15
Ресурсы дидактического материала (видео-фото, графические изображения, звуковые файлы, ссылки, анимационные и другие эффекты и т.п.)	Компьютер + проекционное оборудование, Презентация « Уравнение состояние идеального газа»
Используемые источники информации (литература, Интернет, ЦОР и др.)	1.Мякишев Г.Е. Буховцев Б.Б, СотскийН.Н. Физика-10/ М- Просвещение 2008 2. Касьянов В. А.. Физика. 10 кл. Профильный уровень/ Из-во - Москва: Дрофа, 2007.. Дополнительные материалы: Универсальная энциклопедия ВИКИПЕДИЯ( ссылка скрыта)
Возможности использования дидактического материала: - педагогом на уроке (указать этапы урока); - учащимися	Возможности использования материала на уроке - повторение ранее изученного материала; -актуализация знаний; - сопровождение материала урока; - первичное закрепление полученных знаний; - обобщение и систематизация знаний; - ознакомление с исторической справкой; - решение задачи для закрепления.