Изопроцессы в идеальном газе

Разделы: Физика

Тип урока: урок самостоятельного изучения нового материала в зависимости от выбранного уровня сложности (1, 2 уровни сложности)

Цели:

  • усвоить частные случаи закона Клайперона;
  • воспроизводить формулировки и формулы газовых законов;
  • уметь применять формулы газовых законов при решении задач первого (второго) уровня сложности, читать (строить) графики изопроцессов.

ХОД УРОКА

1. Повторение изученного материала (работа с учителем):

1) Устная разминка

– Что такое идеальный газ? При каких условиях газ можно считать близким к идеальному?
– Для измерения температуры медицинским термометром  необходимо не менее 3-5 мин. Почему?
– Почему мыльные пузыри, наполненные воздухом, некоторое время поднимаются, а потом опускаются?
– Почему от горящих поленьев с треском отскакивают искры?

2) Решите задачи

– Выразите в кельвинах значения температуры: 27оС, – 23оС, 370оС.
– При какой температуре по шкале Кельвина плавится свинец?
– При изготовлении спиртового термометра расстояние между точками, соответствующими плавлению льда и кипению воды, разделили на 25 одинаковых делений. Какова цена деления термометра?
– Один из двух одинаковых сосудов заполнен сухим воздухом, а другой – влажным (содержащим водяным паром). Температуры и давления в обоих случаях одинаковы. Какой из сосудов легче?

2. Изучение теоретического материала (самостоятельная работа учащихся в зависимости от выбранного уровня изучения нового материала по маршрутным листам)

1 уровень (Маршрутный лист 1)

2 уровень (Маршрутный лист 2)
Первый газовый закон (Закон Бойля – Мариотта)
1. Изучите §71 (Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, Физика 10 класс). Ответьте на вопросы:
– Какой процесс называется изотермическим;
– В чем заключается первый газовый закон;
– Как математически записывается первый газовый закон. Ответы внесите в соответствующие колонки таблицы Приложения 1 (1 балл).		 1. Решите задачу, преобразовав уравнение Клайперона для случая T = const (2 балла).
Воздух под поршнем насоса имел давление 105 Па и объем 200 см3, при каком давлении этот воздух займет объем 130 см3, если температура не изменяется  (р2 ~ 1,5 * 105 Па)?
2. Решите задачу, используя алгоритм решения (1 балл):
При постоянной температуре в результате сжатия объем газа уменьшился с 8 до 5 л. Найдите первоначальное давление, если установилось давление 160 кПа  (Ответ р1 = 100 кПа).

Алгоритм:

1. Запишите кратко условия задачи;
2. Переведите величины заданные в задаче в СИ;
3. Выделите два состояния газа и установите, какие параметры его состояния изменяются, а какие нет;
4. Запишите закон Клайперона для изотермического процесса;
5. Выразите искомую величину;
6. Проверти полученную величину по правилу размерностей;
7. Подставьте данные и выполните вычисления.
8. Запишите ответ.

 2. Изучите §71 (Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, Физика 10 класс). Работайте над заполнением  полей таблицы Приложения 1 для изотермического процесса (1 балл).
3. Закон Бойля – Мариотта можно продемонстрировать с помощью прибора изображенного на рисунке Приложения 2.
Постройте график pV по результатам опыта. Сравните свой график с графиком изотермического процесса графиком § 71 учебника (2 балла).		 3. Решите задачи (1 балл за каждую):

1) На основе МКТ объясните, почему с уменьшением объема газа его давление возрастает, а с увеличением объема падает.

2) Сравните T1 и T2. Масса газа постоянна.
Второй газовый закон – закон Гей-Люссака.
1. Из § 71 выпишите формулировку второго газового закона, его математическую запись, дайте определение изохорного процесса (1 балл). 1. Как зависит давление от температуры при V = const, сделайте вывод проделав экспериментальное задание (2 балла).
План эксперимента:

Приборы и материалы: пробирка химическая, закрытая пробкой с индикатором давления; стакан низкий с теплой водой.

Ход работы:

1. Сделайте предположение о том, как будут изменятся уровни воды в коленах индикатора давления при опускании пробирки в стакан с теплой водой.
2. Ответ проверь на опыте.
3. Ответь на вопросы:
– Зависимость между какими величинами вы наблюдали на опыте?
– Изменялась ли масса воздуха в пробирке во время опыта?
– Что можно сказать о зависимости давления данной массы воздуха от температуры при постоянном объеме?
2. Решите задачи (за каждую 1 балл).

1) При пожаре большую опасность представляет баллон с сжатым газом. Почему?

2) Давление воздуха в паяльной лампе при 0оС равно 2,5*105 Па. Какое давление установится в лампе после нагревания резервуара до 57оС? Изменением массы пренебречь (3*105).

 2. Запишите формулировку второго газового закона, его математическую запись (таблица Приложения 1). Для ответа используйте результаты эксперимента и § 71 (2 балла).
3. Изучите график изохорного процесса (§ 71)

Внесите его в таблицу. Пользуясь полученными знаниями, решите задачу (2 балла).
На  рисунке приведены графики
двух изохорных процессов.
Сравните V1 и V2?

 3. Решите задачу (1 балл)

В болоне содержится газ при температуре 17 оС и давлении 1 МПа. На сколько изменится давление, когда температура понизится до – 23 оС. (Ответ: ∆р = 0,14 МПа).

Дополнительно:

График изохорного процесса называется изохорой. Найдите график изохорного процесса в учебнике. Постройте изохору по данным задачи и представьте ее в pV и  VT координатах (2 балла).
Третий газовый закон – Закон Шарля.
1. Используя план выполнения эксперимента, наблюдайте зависимость объема данной массы газа от температуры при постоянном давлении (1 балла).

Экспериментальное наблюдение зависимости объема данной массы газа от температуры.

План выполнения эксперимента:

Приборы: пробирка химическая, закрытая пробкой со стеклянной трубкой; стакан низкий с водой.

Ход работы:

1. Опустите конец трубки с пробкой в стакан с водой на глубину 3-4 см, закройте пальцем другой конец  и выньте трубку из воды. Расположите трубку горизонтально. Осторожно закройте пробирку пробкой так, чтобы столбик воды не вылился из трубки.

2. Нагрейте воздух в пробирке, подержав ее несколько секунд в руке. Наблюдайте за положением столбика воды в трубке.

3. Прекратите нагревание воздуха в пробирке и снова в течение нескольких секунд, наблюдайте за изменением положения столбика воды в трубке.

 1. Выпишите в таблицу Приложения 1 необходимые сведения о третьем газовом законе из §71 (1 балл).
2. Опираясь на результаты выполнения первого задания и § 71 дайте ответы на вопросы:

– Как называется процесс при постоянном давлении?
– Как формулируется закон Шарля?
– Как математически записывается данный закон?
– Как графически представить данный закон?

Результаты внесите в таблицу (1 балл).

 2. Решите задачи (за каждую 1 балл).

1) Газ массой 12*10–3 кг занимает объем 6*10–3 м3 при температуре 180оС. При какой температуре плотность этого газа равна 6 кг/м3 (Ответ Т2 = 151К).

2) На рисунке представлен замкнутый цикл. Вычертите эту диаграмму в координатах рТ и  VT.

 
3. Решите задачу (1 балл).

На рисунке представлен замкнутый цикл. Дайте название изопроцесса на каждом из участков.

 3. Распишите пошагово действия, выполненные вами при решении задачи. Сформулируйте обобщенный алгоритм решения для задач такого типа. Сравните свои действия с обобщенным алгоритмом (2 балла).
Выходной контроль.
Выберите правильный ответ:

1. Какое из приведенных ниже уравнений соответствует изобарному процессу в идеальном газе:

1) V1/V2 = T1/T2;
2) p1/T1 = p2/T2;
3) V2/T1 = V1/T2?

Ответы: А. 1. Б. 2. В. 3.

2. На каком из графиков и А, Б или В – изображен изотермический процесс?

 

Ответы: А. а. Б. б. В. в.

3. Как изменились параметры идеального газа при переходе из состояния 1 в состояние 2?

 

Ответы: А. p, V, T – увеличились. Б. p, T – увеличились, V – уменьшился. В. p, T – увеличились, V– не изменился.

4. Как изменился объем идеального газа при уменьшении его давления в 2 раза и увеличении абсолютной температуры в 2 раза?

Ответы: А. Не изменился. Б. Увеличился  в 4 раза. В. Уменьшился в 4 раза.

Проверьте свои ответы и оцените. Посчитайте количество баллов и занесите в лист контроля. За каждый верный ответ 1 балл.

Ответы:

  1. А;
  2. В;
  3. В;
  4. В.
Решите задачи:

1. Газ, имеющий температуру 306 К, охлаждается на 32 К, при этом объем газа уменьшился на 2, 4 дм3. Каков первоначальный объем данной массы газа? Давление газа считать постоянным.

2. В результате изохорного процесса температура газа возросла на 30%, а давление стало равным 200 кПа. Каково начальное давление газа?

3. На рисунке дан график изменения состояния идеального газа в координатах (р, V). Постойте графики этих изопроцессов в координатах (p, T); (T, V).

Проверьте свои ответы и оцените. Посчитайте количество баллов и занесите в лист контроля. За каждый верный ответ 1 балл.

Ответы:

  1. 23 дм3;
  2. 154 кПа;
  3.  
Подведение итогов.
Лист контроля
Учебный элемент Задания (вопросы)
1 2 3 4 Итого баллов
УЭ1 1 1 1 2 5
УЭ2 1 2 2   5
УЭ3 1 1 1   3
УЭ4 1 1 1 1 4
Итого   17
Оценка   …

Заполните лист контроля. Посчитайте баллы за выполнение заданий.

Поставьте себе итоговую оценку:

13-17 баллов – «зачет»;
< 13 баллов «незачет».

Сдайте лист учителю.

 Лист контроля.
Учебный элемент Задания (вопросы) Итого баллов
1 2 3 4
УЭ1 2 1 2   5
УЭ2 2 2 1 2 7
УЭ3 1 2 2   5
УЭ4 1 1 1   3
Итого   20
Оценка   …

Заполните лист контроля. Посчитайте баллы за выполнение заданий.

Поставьте себе итоговую оценку:

17-20 балл – «хорошо»
13-16 баллов – «зачет»;
< 13 баллов «незачет».

Сдайте лист учителю.
Дифференцированное домашние задание.
«зачет» – повторите таблицу Приложения 1.
«незачет» – § 71.		 Запишите в дневник домашнее задание в соответствии с результатом своей работы на уроке:
«хорошо»: подготовьте доклад по теме: «Применение газов в технике».
«зачет»: §71, упр. 13 (2).
«незачет»:  § 71, упр. 13 (1).