План - конспект урока по теме "Газовые законы"

Тема "Газовые законы"

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Цель урока: Повторить изученный ранее материал, установить зависимость между параметрами, определяющими состояние газа. Сформулировать законы для изопроцессов в газе.

Задачи:

1. Образовательные: изучить газовые законы; формировать умение объяснять законы с молекулярной точки зрения; изображать графики процессов; начать обучение учащихся решать графические и аналитические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы; установление межпредметных связей (физика, математика, биология).

2. Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса учащихся; в целях интернационального воспитания обратить внимание учащихся, что физика развивается благодаря работам ученых различных стран и исторических времен; продолжить формирование стремления к глубокому усвоения теоретических знаний через решение задач.

3. Развивающие: активизация мыслительной деятельности (способом сопоставления), формирование алгоритмического мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить; научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач.

Оборудование: ПК, проектор, экран, презентация к уроку.

Ход урока

1. Организационный момент (Приветствие, стимулирование мотивации учебной деятельности)

2. Проверка знаний и умений.

3. Постановка проблемы

4. Решение проблемы (объяснение)

5. Обобщение

6. Закрепление

7. Подведение итогов.

8. Домашнее задание

2. Проверка знаний и умений.

1. Перечислите основные положения МКТ.(вещества состоят из микрочастиц, микрочастицы непрерывно и беспорядочно движутся, микрочастицы взаимодействуют между собой)

2. Что такое количество вещества?(физическая величина, показывающая, во сколько раз число молекул в данном теле больше, чем число атомов в 12г углерода)

3. Что такое молярная масса?(масса вещества, взятого в количестве 1 моля)

4. Какое движение называют броуновским?(тепловое движение взвешенных в жидкости или газе частиц)

5. Какой газ называют идеальным в МКТ?(это газ, молекулы которого представляют собой абсолютно упругие шарики бесконечно малого объёма, взаимодействие между которыми проявляется только при непосредственном столкновении их друг с другом или со стенками сосуда)

6. Дайте определение и приведите примеры макроскопических параметров.(параметры, характеризующие макроскопическое тело, то есть тело состоящее из большого числа молекул – давление объём и температура)

7. Запишите основное уравнение МКТ.

8. Что такое температура? В каких единицах она измеряется?(мера средней кинетической энергии движения молекул (атомов) изолированной системы в условиях её термодинамического равновесия, измеряется в Цельсиях, Кельвинах, Фаренгейтах)

9. Запишите уравнение состояния идеального газа. Чьи имена носит это уравнение и почему?( Уравнение Менделеева- Клапейрона)

10. Какие макроскопические параметры используются в уравнении Менделеева – Клапейрона?(давление, объём и температура)

3.Постановка проблемы

Итак, мы отметили, что уравнение состояния идеального газа связывает между собой три макроскопических параметра: р, Т и V.

Но при любых ли процессах все эти параметры изменяются?

Давайте рассмотрим несколько примеров. Возьмем любой аэрозоль.

Какой параметр здесь постоянен?( объем не изменяется).

А если мы деформируем его и объем изменим, но внешних условий менять не будем? ( при деформации объем уменьшится, давление внутри возрастет, а температура останется постоянной).

А если стенки сосуда сделать настолько тонкими, чтобы они могли растягиваться и рассмотреть процесс при повышении температуры? ( объем растет с повышением температуры, а давление внутри сосуда равно внешнему давлению и постоянно).

4.Решение проблемы (объяснение)

Теперь мы знаем, что существуют процессы, при которых отдельные макроскопические параметры сохраняются.

Изопроцессы –
процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров
“изо” – постоянство, при m = const

Теперь рассмотрим каждый из представленных процессов подробнее и попытаемся установить для каждого из них связь между Т, р и V.

учитель описывает систему (модель): в сосуде с газом помещен поршень. При движении поршня объем, занимаемый газом, изменяется.

Давайте заполним таблицу и по ней определим название процесса.

Учитель: Теперь давайте дадим определение изотермического процесса

Температура постоянна, а как же изменяются другие параметры? Чтобы ответить на этот вопрос, к какому уравнению мы должны обратиться? ( к уравнению Менделеева-Клапейрона). Давайте попробуем (учащиеся работают в тетради, учитель дает пояснения).

правые части выписанных уравнений равны. Следовательно, равны и левые части:

Поскольку два состояния газа были выбраны произвольно, мы получаем:

Данное утверждение называется законом Бойля Мариотта.

Что же мы получили? Еще раз вернемся к опыту. Если температура постоянна, как связаны между собой давление и объем? ( при увеличении объема давление падает и, наоборот, при уменьшении объема давление увеличивается). Теперь рассмотрим графики изотермического процесса. Вначале зависимость р от V. Графики изотермического процесса получили название изотерм. Изотермы на PV – диаграмме – это график обратно пропорциональной зависимости давления и объёма. Какая кривая является графиком такой функции? (учащиеся отвечают: графиком такой функции является гипербола). Построим гиперболы для двух процессов, при которых Т₂ Т₁. (Учитель показывает графики на слайде). Из графика видно, что чем выше температура, тем выше лежит соответствующая изотерма на PV- диаграмме. Постройте изотермы в координатах р, Т и V, T. В оставшихся двух системах координат изотерма выглядит очень просто: это прямая, перпендикулярная оси Т.(Учащиеся работают в тетради, а затем проверяют графики по слайду).

Полученный нами закон был открыт английским физиком Робертом Бойлем в 1662 году. Имя французского аббата Эдма Мариотта в названии закона появилось в 1676 году благодаря его работе “Речь о природе воздуха”, в которой были описаны опыты, аналогичные экспериментам Бойля.

Обращаю ваше внимание та пунктирные участки графиков, это означает, что в случае реального газа при достаточно низких температурах модель идеального газа (а вместе с ней и закон) перестаёт работать. ( при снижении температуры частицы газа двигаются всё медленней и силы межмолекулярного взаимодействия оказывают всё более существенное влияние на их движение, ну и ещё при низких температурах газы превращаются в жидкости).

Теперь перейдем к следующему процессу (изобарный и изохорный процесс рассматриваются аналогично изотермическому).

Учитель описывает систему (модель): в сосуде с газом помещен подвижный поршень. При нагревании сосуда газ внутри расширяется и двигает поршень.

Давайте заполним таблицу и по ней определим название процесса. Ученик заполняет таблицу, комментируя свои действия. Определяет название процесса.

Учитель: Теперь давайте дадим определение изобарного процесса. Давление постоянно, а как же изменяются другие параметры? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны опять обратиться к уравнению Менделеева-Клапейрона (учащиеся работают в тетради, учитель дает пояснения).

Рассмотрим два произвольных состояния газа, запишем два уравнения:

Поделим их друг на друга: Перепишем полученное соотношение

Поскольку два состояния газа были выбраны произвольно, мыпереписав равенство получаем закон Гей-Люссака

Еще раз вернемся к опыту. Если давление постоянно, как связаны между собой температура и объем? ( при увеличении объема температура тоже увеличивается и, наоборот, при уменьшении объема температура уменьшается). Теперь рассмотрим графики изобарического процесса. Графики изобарического процесса получили название изобар.Вначале зависимость V от T. Какая кривая является графиком такой функции? ( графиком такой функции является прямая). Построим прямые для двух процессов, при которых P₂P₁. Чем ближе изобара к оси температур, тем больше давление.Постройте изобары в координатах P, Т и P, V. В оставшихся двух системах координат изобара является прямой линией, перпендикулярной оси Р.

Изобарный процесс – процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении.

Полученный нами закон был открыт французским физиком и химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1802 году.

Учитель описывает систему (модель): в сосуде с газом помещен неподвижный поршень. При нагревании сосуда газ внутри расширяется.

Давайте заполним таблицу и по ней определим название процесса. Ученик заполняет таблицу, комментируя свои действия. Определяет название процесса.

Учитель: Теперь давайте дадим определение изохорического процесса. Объём не изменяется, а как же изменяются другие параметры? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны опять обратиться к уравнению Менделеева-Клапейрона. (учащиеся работают в тетради, учитель дает пояснения).

Рассмотрим два произвольных состояния газа, запишем два уравнения:

Разделим эти два уравнения друг на друга, получим Перепишем полученное соотношение

Поскольку два состояния газа были выбраны произвольно, мы переписав равенство получаем закон Шарля

Опять вернемся к опыту. Если объём постоянен, как связаны между собой температура и давление? ( при увеличении давления температура тоже увеличивается и, наоборот, при уменьшении давления температура уменьшается). Теперь рассмотрим графики изохорического процесса. Графики изохорического процесса получили название изохор. Вначале зависимость P от T. Какая кривая является графиком такой функции? (учащиеся отвечают: графиком такой функции является прямая). Построим прямые для двух процессов, при которых V₂V₁. Чем ближе изохора к оси температур, тем больше объём. (Учитель показывает графики на слайде). Постройте изохоры в координатах V, Т и P, V. В оставшихся двух системах координат изохора является прямой линией, перпендикулярной оси В оставшихся двух системах координат изохора является прямой линией, перпендикулярной оси V.

Изохорный процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном объеме.

Третий газовый закон был открыт французским физиком Шарлем Жаком Александром Сезаром в 1787 году.

5.Обобщение.

Мы познакомились с тремя изопроцессами: изотермическим, изобарным и изохорным. Все они вытекают из уравнения состояния идеального газа. Обратимся к слайду (учитель демонстрирует первый шаг слайда). Если мы рассматриваем один и тот же газ, не изменяя его массу, то количество вещества данного газа тоже изменяться не будет и можно перейти к записи формулы Клапейрона. А из него получаются все три изопроцесса. У васна столах находятся схемы, вы их вложите в тетрадь, чтобы не тратить время.

6.Закрепление.(решение задач)

Вариант №1

1. Какое давление будет иметь газ, занимавший объем 5,4∙10^-4 м3, если он сжат до объема 5,2∙10^-4 м3, при неизменной температуре? Первоначальное давление газа равно 0,8.105 Па.

2. При 17 ⁰С газ находится под давлением 2∙10⁵ Па. На сколько изменится его давление при изохорном нагревании до 47 ⁰С?

3. На сколько увеличится объем 10 м³ газа при нагревании его от 0 ⁰С до 100 ⁰С при постоянном давлении?

4. Определите температуру кислорода массой 64 г, находящегося в сосуде объёмом 1 л при давлении 5 • 10⁶ Па. Молярная масса кислорода М = 0,032 кг/моль.

Вариант №2

1. Газ занимает объем 2,1∙10^-3 м³ при температуре 0 ⁰С. На сколько градусов нагревается газ при изобарном расширении до объема 3∙10^-3 м³?

2. При сжатии газа его объем уменьшился с 8 л до 5 л, а давление повысилось до 60 кПа. Найти первоначальное давление.

3. При 23 ⁰С газ находится под давлением 10⁵ Па. На сколько изменится его давление при изохорном нагревании до 53 ⁰С?

4. Определите температуру кислорода массой 64 г, находящегося в сосуде объёмом 1 л при давлении 5 • 10⁶ Па. Молярная масса кислорода М = 0,032 кг/моль.

7.Подведение итогов.

8. Домашнее задание:

§ 27, Упражнение 7 - 10