Применение ИКТ на уроках физики на примере урока в 10-м классе по теме "Изопроцессы"

К сожалению, современные школьники считают уроки физики непонятными, скучными, а потому ненужными. Учащиеся часто сталкиваются с такими явлениями, механизм протекания которых наглядно нельзя увидеть, а следовательно, необходимо абстрактно мыслить. Одним из таких сложных вопросов при изучении физики в 10 -х классах, является понимание понятия “Изопроцессы”. Важно сделать так, чтобы процесс обучения физики не превращался для учеников в скучное однообразное занятие, а стал для каждого познавательным и интересным.

Необходимо отметить, что наличие, у учащихся интереса к предмету относится к тому ряду педагогических явлений, которые в большей степени определяются деятельностью учителя. А интерес к предмету является предпосылкой для появления его разновидности - познавательного интереса. Ведь именно наличие познавательных интересов у школьников способствует их активности на уроках, росту качества знаний, что в совокупности и вызывает повышение эффективности процесса обучения.

В настоящее время, можно повысить эффективность обучения за счет использования компьютеров на уроках физики. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать почти "живьём" многие физические эффекты, которые обычно мучительно и долго объясняются "на пальцах". Кроме того, компьютерные модели позволяют учителю организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности.

Компьютерная поддержка урока может быть разнообразной:

• Видео - и анимационные фрагменты – демонстрации физических явлений, классических опытов, технических приложений (их источниками могут служить всевозможные компьютерные программы по физике, сайты Internet).
• Материалы для тестового контроля (итогового, рубежного, диагностического).
• Комплекты задач для самостоятельной и групповой работы, с образцами решений и возможностью проверки результатов в компьютерном эксперименте.
• Проведение компьютерных лабораторных работ.
• Использование в лабораторных работах встроенных математических программ вычисления результатов, построения графиков, расчета погрешностей.
• Создание физических моделей технических устройств и процессов в специальных средах, развивающих интуитивное мышление.
• Включение в ход урока исторического и справочного материала.
• Наборы нестандартных, творческих заданий креативного типа, требующих поиск и преобразование информации.
• Анимационные рисунки, логические схемы, интерактивные таблицы и т.п., используемые в ходе объяснения, закрепления и систематизации изучаемого материала.

В данной работе предложена методическая разработка урока с использованием компьютерной модели по формированию понятия “Изопроцессы”. В качестве наглядного материала для проведения уроков создана презентация в программе MS PowerPoint2003

 Цель урока: установить зависимость между двумя макропараметрами газа, при неизменном третьим параметре.

Задачи урока:

1. Образовательные:

• ввести понятие об изопроцессе; получить газовые законы, доказать их справедливость экспериментом;
• сформировать умения выделять и описывать изопроцессы.

2. Развивающие:

• вырабатывать умения объяснять газовые законы на основе положений МКТ;
• описывать состояние и изопроцессы идеального газа, в том числе определять микро - и макропараметры; давать и объяснять графическое изображение процессов.

3. Воспитательные:

• формирование взаимопомощи, доброжелательного отношения друг к другу, развивать культуру общения и культуру ответа на вопросы;
• умение выслушать других при работе в классе, в группах.

Тип урока: комбинированный

Демонстрация: презентация на тему: “Газовые законы ”

План урока

Ход урока

I. Организационный момент ( 2 мин )

II. Проверка домашнего задания. ( 5 мин) Закрепляется решение задач по теме “Уравнение состояния идеального газа”, фронтально - основные вопросы теории. У доски шесть учеников выполняют решение задач по карточкам. Каждой карточке, присвоена определенная буква, которую затем необходимо записать в то окошечко, которому соответствует числу полученное учеником при решении своей задачи. В результате составляется ключевое слово - тема урока. Остальные ребята отвечают на вопросы учителя.

Ы — Какова температура 1,6· 10 ^-2 кг кислорода, находящегося под давлением 10 ⁶ Па и занимающего объем 1,6· 10 ^-3 м³? Молярная масса кислорода 0,032 кг/моль.

З — Сосуд емкостью 2 · 10 ^-3 м³ наполнен азотом под давлением 2 · 10 ⁵ Па при температуре 27 ⁰С. Определите массу азота в сосуде, если его молярная масса 0,028 кг/моль.

А — Определите давление воздуха в сосуде объемом 2 · 10 ^-3 м³, если его масса 1,2· 10 ^-2 кг, температура 27 ⁰С. Молярная масса 0,029 кг/моль.

К — Каково количество вещества в газе, если при температуре - 13 ⁰С и давлении 500 кПа объем газа равен 30 л?

О — Определите плотность водорода при температуре 17 ⁰С и давлении 204 кПа.

Н — Объем водорода при температуре 50 ⁰С и давлении 0,98 · 10 ⁵ Па равен 2,5 · 10 ^-3 м³. Каков объем той же массы водорода при 0 ⁰Си давлении 10 ⁵ Па?

"Лучше всего продвигается естественное исследование, когда физическое завершается в математическом" (Ф. Бэкон).

Учитель: Сегодня на уроке мы рассмотрим законы, объясняющие процессы, в которых масса газа и один из трех параметров - V, р, T- остаются неизменными. Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют – газовыми законами. Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами.

Обсуждаются вопросы: какие это могут быть параметры? Каковы причины изопроцессов?

Давление p, объем V и температура T идеального газа, связаны между собой уравнением Менделеева–Клапейрона: pV =RT Здесь – количество вещества, R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная.

III. Изложение нового материала. (25 мин)

1. Если температура газа остается постоянной, то выполняется закон Бойля–Мариотта: pV = const.

Рисунок 1. Изотермический процесс.

Сообщение лекторской группы “ Из жизни знаменитых людей ” материал подготовлен учащимися заранее и зачитывается как историческая сапрака.

РОБЕРТ БОЙЛЬ родился 25 января 1627 года в замке Лисмор в Ирландии. Он был седьмым сыном и тринадцатым ребенком графа сэра Ричарда Бойля.

Роберт, как и полагалось, получил сначала домашнее воспитание, а потом был направлен в Итонскую школу, которую король Генрих VI основал в 1446 году в маленьком городке Итон на правом берегу Темзы прямо напротив Виндзора. Школа предназначалась для обучения детей аристократов.

Здоровье Роберта было очень слабым, поэтому, когда ему пошел всего двенадцатый год, отец направил его с гувернером в Женеву, где он учился несколько лет, затем путешествовал и вернулся в Ирландию образованным человеком.

Унаследовав от отца значительное состояние, Роберт Бойль вначале жил в своем поместье, где занимался философией. Затем он переехал в Оксфорд и увлекся “опытными науками”. В Оксфорде у Бойля появились новые знакомые, установились связи с людьми, интересующимися наукой. Они создали нечто вроде тайного общества любителей науки, так называемую “невидимую коллегию” (впоследствии Оксфордское научное общество). В то время были популярны научные диспуты, часто весьма курьезные. Бойль диспутов не любил. Он избегал личных столкновений, уклонялся даже от чисто научной полемики, считая, что его эксперименты покажут и расскажут лучше него: Роберт Бойль был талантливым и неутомимым экспериментатором. С 1668 года Бойль жил в Лондоне, где в 1680 возглавил Лондонское Королевское общество.

Личная же его жизнь протекала тихо и была очень одинокой. Бойль никогда не был женат, он все свое время отдавал науке, отказываясь от почестей, которые пытались воздать ему современники, и не участвовал ни в каких политических интригах того бурного времени.

ЭДМ МАРИОТТ родился в г. Дижон во Франции. Он был одним из основателей Парижской Академии наук. Научные работы Мариотта относятся к механике, теплоте, оптике. В 1676 году он независимо открыл закон изменения объема данной массы газа от давления при постоянной температуре (известный как закон Бойля – Мариотта, впервые открыт в 1661 году Р. Бойлем и Р. Тоунли). Мариотт рассмотрел разнообразные случаи применения этого закона, в частности предложил расчет высоты местности по данным барометра. Экспериментально подтвердил формулу Торричелли о скорости истечения жидкости, исследовал высоту подъема фонтанов, составил таблицы зависимости высоты подъема воды от диаметра отверстия. Изучал столкновение упругих тел, колебания маятника. В “Трактате об ударе или соударении тел” (1978) обобщил исследования в этой области. Доказал увеличение объема воды при замерзании. Обнаружил в 1666 году слепое пятно в глазу, исследовал цвета, в частности цветные кольца вокруг Солнца и Луны, изучал радугу, дифракцию света, лучистую теплоту, показал отличие между тепловыми и световыми лучами.

2. Если постоянным остается давление, то выполняется закон Гей-Люссака: V/Т = const.

Рисунок 2.  Изобарный процесс.

ЖОЗЕФ ЛУИ ГЕЙ-ЛЮССАК родился во французском городе Сен-Леонаре в 1778 году. Окончил Политехническую школу в Париже, где затем работал с 1802 года (с 1809 – профессор химии). Одновременно в 1808–32 годах Гей-Люссак – профессор физики Парижского университета. С 1832 года он работал профессором химии Парижского ботанического сада.

В 1804 году Гей-Люссак дважды летал на воздушном шаре на высоту свыше 7 км. Во время полетов он выполнил ряд исследований, в том числе изучал температуру и влажность воздуха. Он получил подтверждение того, что воздух на такой высоте имеет тот же состав, что и у поверхности Земли.

Основные работы Гей-Люссака относятся к области молекулярной физики и теплоты. В 1802 году независимо от английского ученого Дальтона он открыл один из основных газовых законов, носящий сегодня его имя, – закон расширения газов при постоянном давлении. Именно Гей-Люссак экспериментально доказал, что все газы (в отличие от жидкостей и твердых тел) при нагревании расширяются одинаково. Это открытие сыграло большую роль в становлении молекулярно-кинетической теории газов.

Гей-Люссак впервые установил понижение температуры воздуха при его расширении и повышение – при сжатии (без теплообмена), а также обнаружил независимость теплоемкости газа от его объема.

3. Наконец, если постоянен объем, то справедлив закон Шарля: p/Т = const.

Рисунок 3. Изохорный процесс.

ШАРЛЬ, ЖАК АЛЕКСАНДР СЕЗАР (1746–1823), французский физик и изобретатель. Родился 12 ноября 1746 в Божанси. Учился самостоятельно. В молодости переехал в Париж и поступил на должность канцелярского служащего в министерство финансов. Когда стали известны опыты Б.Франклина с молнией, Шарль повторил их с изменениями – настолько интересными, что сам Франклин приехал познакомиться с ним и похвально отозвался о его способностях. Шарль построил воздушный шар из прорезиненной ткани и первым использовал для его наполнения водород. В 1783 осуществил полет на этом шаре. Исследуя процессы расширения газов, в 1787 установил зависимость объема идеального газа от температуры. В 1802 этот закон был вновь открыт Ж.Гей-Люссаком. Шарль изобрел такие приборы, как мегаскоп и термометрический гидрометр. Умер Шарль в Париже 7 апреля 1823 году.

IV. Закрепление нового материала. (10 мин)

Закрепление нового материала проводиться в процессе обсуждения видео экспериментов.

Вопрос: Почему рыбки легко меняют глубину погружения? Обратимся эксперименту Колба наполненная водой внутри которой плавает обычная пипетка. Закроем плотно колбу крышкой и возьмем колбу в руки – пипетка погружается, уберем руки пипетка всплывает объясните действие пипетки.

   

Объяснение видео-эксперимента: когда ведущий берет мягкую бутылку в руки, он ее сдавливает. Это приводит к увеличению давления внутри бутылки и уменьшения объема пузырька воздуха в пипетке. При этом уменьшается сила Архимеда. Меняя нажим на бутылку, ведущий имеет возможность изменять эту силу и управлять глубиной погружения пипетки. Для этого принципиально важно, чтобы бутылка была герметично закрыта.

Если бы вода в бутылке была налита не до края, то для создания необходимого давления, экспериментатору, пришлось бы, сжимать бутылку, значительно деформируя ее. (Почему?)

На второй вопрос о том, проявлении каких физических законов вы видите в этом эксперименте, ответ однозначно дать трудно. Ученик может утверждать, что в этом эксперименте, как и в любом другом явлении природы, проявляются физические законы. И будет прав. Хотя, в таком ответе, мало проку. Ученик обучающийся выделять главное, должен отличит законы Паскаля и Архимеда, закон Бойля - Мариотта. Обратить внимание на большую сжимаемость газов по сравнению с жидкостями. На стремление газов полностью занимать предоставленный им объем.

По завершению высказываний по увиденному эксперименту учащиеся проходят небольшое компьютерное тестирование.

Тест

1. Какое из приведенных ниже уравнений соответствует изобарному процессу в идеальном газе? Выберите правильное утверждение.

2. Какое из приведенных ниже уравнений соответствует изотермическому процессу в идеальном газе? Выберите правильное утверждение.

3. Какое из приведенных ниже уравнений соответствует изобарному процессу в идеальном газе? Выберите правильное утверждение.

4. При осуществлении, какого изопроцесса увеличение абсолютной температуры идеального газа в 2 раза приводит к увеличению давления газа тоже в 2 раза? Выберите правильный ответ.

5. При осуществлении, какого изопроцесса увеличение абсолютной температуры идеального газа  в 2 раза приводит к увеличению объема газа тоже в 2 раза? Выберите правильный ответ.

6. При осуществлении, какого изопроцесса увеличение объема идеального газа в 2 раза приводит к уменьшению давления газа тоже в 2 раза? Выберите правильный ответ.

V. Домашнее задание. (2мин) § 71 ответить устно на вопросы параграфа. Выполнить модель “Картезианского водолаза” и объяснить увиденные явления.

Литература, использованная в подготовке проведения урока.

1. Учебник “Физика - 10” Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский: М. “Просвещение” 2003.
2. Изучение тепловых явлений в курсе физики средней школы. Н.М. Бергер.
3. Физика - 10 “Самостоятельные и контрольные работы”: М. “Илекса” 2005.
4. Физический эксперимент это просто. Занимательные эксперименты с пластиковыми бутылками.Р.В. Даминов Казань 2002
5. Обучающие программы “ Видеозадачник по физике” А.И. Фишман, А.И. Скворцов, Р.В. Даминов. Казанский Государственный Университет.

Презентация