Урок по теме "Газовые законы"

Разделы: Физика

 

Тема: «Газовые законы»

Цель образовательная:

  • установить связь между двумя термодинамическими параметрами при неизменном третьем параметре экспериментальным и теоретическим способами;
  • показать графическую интерпретацию изопроцессов;
  • указать границы применимости теории идеальных газов;
  • рассмотреть следствия из уравнения состояния идеального газа.

Цель развивающая: совершенствовать экспериментальные навыки.

Цель воспитательная: продолжить формировать умение принимать решения.

Тип урока: изложение нового материала.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый.

Учебно-наглядные пособия:

  1. Прибор для демонстрации газовых законов: цилиндр переменного объема, манометр демонстрационный закрытый со шкалой 0 - 1,6 ат, трубка резиновая.
  2. Описание виртуального фронтального экспериментального задания.
  3. Опорная таблица «Газовые законы».

План урока:

  1. Организационный момент - 1-3 мин.
  2. Этап подготовки обучающихся к активному и сознательному усвоению нового материала (фронтальная беседа) – 10 мин.
  3. Этапы усвоения новых знаний – 50 мин.
    • объяснительная беседа;
    • демонстрационный эксперимент;
    • виртуальные фронтальные экспериментальные задания (работа в группах).
  4. Закрепление новых знаний (решение задач) – 10 мин.
  5. Подведение итогов (5 мин.).
  6.  Домашнее задание. Инструктаж по его выполнению (2 мин.).

Ход урока.

  1. Приветствие учителя.
  2. Повторяется решение задач у доски, фронтально - основные вопросы теории:
    • Что вы понимаете под параметрами состояния?
    • Какие термодинамические параметры характеризуют состояние газа?
    • Что называется уравнением состояния идеального газа?
    • Для чего нужно уравнение состояния идеального газа?
    • Сколько параметров газа могут претерпевать изменения в уравнении Менделеева – Клапейрона?
  3. Изучение нового материала: вывод газовых законов.

Газовые законы выполнены для идеального газа при m = const.

Задание №1    (выполняет учитель)

С помощью демонстрационного эксперимента установить зависимость между давлением и объемом при постоянной температуре.

Рис. 1 Установка для демонстрации закона Бойля – Мариотта.

Несколько раз медленно изменяют на одну условную единицу объем воздуха в цилиндре и наблюдают за показаниями манометра, фиксируют значение давления воздуха. Данные опыта записывают в таблицу.


V, усл.ед.

7,5

7

6,5

6

8

8,5

9

Р, Па

 

 

 

 

 

 

 

PV

 

 

 

 

 

 

 

Учитель совместно с обучающимися на основе опыта делают вывод: при уменьшении объема давление газа увеличивается, а при увеличении объема газа давление воздуха уменьшается. Произведение PV для любого состояния остается постоянным, при неизменной массе газа и постоянной температуре.

PV = const  при  T = const

Этот закон экспериментально был открыт английским ученым Р.Бойлем и несколько позже французским ученым Э.Мариоттом. Поэтому он носит название Бойля-Мариотта.
Его можно получить, используя уравнение состояния идеального газа.

Закон Бойля-Мариотта

(на доске)

T = const, процесс изотермический (терма-Т)


Работа с опорной таблицей.
Итог обсуждения:

Рис. 2    График изотермического процесса в координатах PV

Вопросы для организации беседы:

  • Какие параметры газа остаются постоянными при изотермическом процессе
  • Как эти условия обеспечиваются в опыте
  • Почему с точки зрения МКТ при уменьшении объема растет давление газа?

Задание №2

  1. С помощью виртуальной фронтальной экспериментальной работы установить зависимость между давлением и температурой при постоянном объеме. (Учащиеся выполняют виртуальный эксперимент на компьютере) После выполнения экспериментальной работы учащиеся делают вывод:  p ~ T.
  2. Получить данную зависимость, используя уравнение состояния идеального газа (выполнить теоретические выводы в тетрадях).

Закон Шарля

(на доске)

V = const, процесс изохорный (хорос-V)


 P/Т=const  при  V=const

Работа с опорной таблицей.
Итог обсуждения:

Рис. 3  График изохорного процесса в координатах PТ

Вопросы для организации беседы:

  • Можно ли график изохоры проводить из начала координат? Почему?

Задание №3

    1. С помощью виртуальной фронтальной экспериментальной работы установить зависимость между объемом газа и  температурой при постоянном давлении. ( Обучающиеся выполняют виртуальный эксперимент на компьютере)   После выполнения экспериментальной работы учащиеся делают вывод:  V ~ T. 
    1. Получить данную зависимость, используя уравнение состояния идеального газа (выполнить теоретические выводы в тетрадях).

Закон Гей - Люссака

(на доске)

Р = const, процесс изобарный (барос - р)

V/Т=const  при  p=const

    
Работа с опорной таблицей.
Итог обсуждения:

Рис. 4  График изобарного процесса в координатах VТ

 

4. Закрепление новых знаний - решение задач.

Задача 1. Можно ли предсказать, какой объем будет занимать газ при температуре 77ºС, если при температуре 27ºС его объем равен 6 л? Как это сделать?

Задача 2. Какой процесс происходит с газом, график изменения состояния которого изображен на рис.5? Каковы параметры начального и конечного состояния процесса? Сколько вообще было состояний газа? (Неопределенно много.) Как изобразить этот процесс в координатах PТ и  VТ?

Рис. 5

5. Подведение итогов

  • Границы применимости законов

Реальные газы должны быть близки к идеальным газам.
Давление газа должны быть близко к атмосферному.

  • Следствия из уравнений Менделеева – Клапейрона

N = PV/kT – Закон Авогадро: при равных давлениях и температуре в одинаковых объемах содержится одинаковое число молекул любых газов.

  • Для смеси нескольких газов давление каждого из них записывается в объеме V при отсутствии остальных (парциальное давление)

6. Домашнее задание

§54, упражнение №4,5 на стр. 264.  Простроить графики изопроцессов ( см. рис.6) в других координатных осях.

Рис. 6  Графики изопроцессов

Использованная литература:

  1. Касьянов В.А. Учебник физики: 10 класс. Профильный уровень - Дрофа, 2006.
  1. Сборник задач по физике. Сост. Г.Н. Степанова. - Просвещение, 1998-2002.
  1. Ю.С Куперштейн Физика. Опорные конспекты и дифференцированные задачи 10 класс. – «БВХ - Петербург»., 2007.
  1. Программы для общеобразовательных учреждений. Физика. Астрономия. - Дрофа, 2001.
  1. В.А. Буров, Б.С. Зворыкин Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы. – М: Просвещение, 1971
  1. Мультимедийное оборудование. Физика. Библиотека наглядных пособий. Под редакцией Н.К. Ханнанова. ООО «Дрофа», 2004

Приложение