Фрагментарное использование смартфонов не во вред, а во благо при изучении темы: «Идеальный газ. Давление газов»

Фрагментарное использование смартфонов не во вред, а во благо при изучении темы:

«Идеальный газ. Давление газов»

Преподаватель физики ГАПОУ КО «Калужский технический колледж» Булгакова Любовь Борисовна

Введение

Давай наставления только тому,

кто ищет знаний, обнаружив своё невежество

( Конфуций )

Упражнение, друзья, дает больше,

чем хорошее природное дарование.

Одной из актуальных проблем образования является профессиональная подготовка специалиста. Активное внедрение новых образовательных технологий позволяет повысить уровень профессиональной подготовки студента к будущей деятельности по избранной специальности. Развитие современного производства требует высококвалифицированных специалистов, уровень подготовки которых должен отвечать требованиям мировых стандартов. Часто абитуриент при поступлении в колледж выбирает свою будущую специальность чисто случайно, ничего не зная о ней. Он не имеет реального представления о будущей профессии, особенно на начальном этапе профессиональной подготовки, поэтому очень важно, чтобы студент приобретал знания о своей будущей специальности в течение всего обучения в колледже, начиная с первого курса. Каждый предмет должен быть адаптирован к конкретной специальности. Это касается базовых дисциплин, таких как физика, т.к. она объединяет все технические дисциплины. Работа посвящается разработке методики проведения  занятия с использованием информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). На сегодняшний день одним из перспективных и важных является комплексный подход к использованию средств ИКТ. Информационные и коммуникационные технологии неизмеримо расширяют возможности организации и управления учебной деятельности.

Дидактическая цель: ознакомить учащихся с уравнением, определяющим, от каких величин зависит давление газа.

Формирование (УУД)

• самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную проблему,

определять цель УД.

• анализировать, сравнивать, классифицировать и обобщать факты и явления.

• давать определения понятиям.

• учиться критически относиться к своему мнению, с достоинством признавать ошибочность своего мнения и корректировать его.

Воспитательная цель: напомнить учащимся, что воспитание трудолюбия, навыка самоконтроля в овладении необходимыми знаниями и умениями зависит исключительно от каждого из них. Особенно важно для качественного усвоения знаний и формирования умений помнить, что от внимания на занятии, от умения правильно воспринимать и активно запоминать новую информацию зависит результат учебной работы.

Основные знания и умения: знать уравнение МКТ. Уметь применять при решении задач.

Тип учебного занятия: усвоение новых знаний

Способ проведения: беседа

Мотивация познавательной деятельности учащихся: показать практическую значимость уравнения МКТ на примере ДВС.

Оборудование: компьютер, смартфон, ДВС.

План занятия

1.Повторение опорных знаний учащихся.

Основные формулы, законы

на примере решения задач

1.При торможении на прямолинейном участке дороги скорость автомобиля уменьшается от 20 м /с до 10 м  / с в течении 5с. Чему равен модуль ускорения автомобиля при условии, что оно во время движения оставалось постоянным.

Условие один студент с помощью смартфона фотографирует из источника и тут же информация становится доступной всей группе. Преимущества: экономия учебного времени ( чтение условия преподавателем является более продолжительным), отсутствие обращений с просьбой повторить отдельные фрагменты, что рассеивает внимание группы, пауза, позволяющая студентам не слушать преподавателя, а погрузиться в условие задачи и далее, используя известный алгоритм решения, приступить к реализации поставленной цели. Тут же здоровьесберегающие образовательные технологии не следует забывать (дикция и тембр голоса преподавателя не всегда благоприятно отражаются на нервной системе уставших студентов, а тут в руках любимый телефон играет роль источника информации, которая может в нём же и сохраняться).

Вопросы к задаче: 1. Тип движения, рассматриваемый в задаче 2. Формула используемая. 3. Требуется определить модуль ускорения автомобиля, а чем отличается проекция этой величины?

2.Поезд движется со скоростью 20м/с. Чему равна скорость поезда после торможения, происходящего с ускорением 0,1 м/ в течение 30с?

Вопросы к задаче: 1. Тип движения, рассматриваемый в задаче. 2. Вид формулы с учётом типа движения.

3.Определите ускорение мяча массой 0 5 кг, когда на него действует сила

50 Н​.

Вопросы к задаче: 1.В каком законе устанавливает связь между данными задачи? 2. Математическая интерпретация закона? Формулировка закона.

4. Какую массу имеет лодка, если под действием силы 100 Н она движется с ускорением 0,5 м/с² ?

Вопросы к задаче: 1. В каком законе устанавливает связь между данными задачи? 2. Математическая интерпретация закона?3. Формулировка закона.

4.Формула, вытекающая из закона применительно к условию.

5.Автомобиль массой 2 т буксируют по прямолинейному участку дороги с ускорением 0.5 м/ . Чему равна равнодействующая сил, действующих на автомобиль ?

Вопросы к задаче: 1. В каком законе устанавливает связь между данными задачи? 2. Математическая интерпретация закона? 3. Формулировка закона.

4.Формула, вытекающая из закона применительно к условию.

6.Автобус движется со скоростью 54 км/ч. На каком расстоянии от остановки водитель должен начать тормозить при ускорении 1,2м/ ?

Вопросы к задаче: 1. Тип движения, рассматриваемый в задаче. 2. Вид формулы с учётом типа движения.

7. На рисунке 1 представлен график зависимости проекции скорости прямо- линейного движения тела от времени. С каким ускорением двигалось тело в промежутках времени: 1-3 с; 3-5с; 5-7 с

Вопросы к задаче: 1. Какие законы дают ответ на вопрос задачи? Дать их формулировки.

8. На рисунке 2 изображены векторы скорости и ускорения. В случае а вектор ускорения постоянен по модулю и направлению; в случае б вектор ускорения постоянен по модулю, а по направлению во всех точках траектории перпендикулярен вектору скорости. Опишите характер движения тела в случаях а и б.

Вопросы к задаче: дать ответ на вопрос с теоретическим обоснованием.

2. Изучение нового материала

Кто придумал слово «газ»?

Голландский химик и врач Гельмонт, живший с 1577 по 1644 г. (современник Галилея), ввёл понятие «газ» от греческого слова «хаос». Открыв, что воздух состоит из двух частей, из которых одна поддерживает горение и сгорает, остальная же часть не обладает этими свойствами. Ван Гельмонт писал: «Такой пар я назвал газ, потому что он почти не отличается от хаоса древних» (первоначальный смысл слова «хаос» – сияющее пространство). Ломоносов М.В. в своих сочинениях употреблял другое наименование для газообразных тел – «упругие жидкости».

1. Вы знаете, что расстояния между молекулами газа намного больше размеров самих молекул. Поэтому взаимодействием между молекулами можно пренебречь. Кинетическая энергия молекул намного больше потенциальную энергию взаимодействия. Вместо реального газа, между молекулами которого действуют сложные силы взаимодействия, мы рассмотрим его физическую модель. Эта модель называется идеальным газом.

Идеальный газ - это газ, в котором молекулы можно считать материальными точками, а силами притяжения и отталкивания можно пренебречь.

В природе такого газа не существует, но близкими по свойствам можно считать реальные разреженные газы, давление в которых превышает на 200 атм и находящихся по не очень низкой температуры.

Давление газа - это давление, которое создается в результате ударов молекул о стенки сосуда 

Единица давления в СИ паскаль [Па]

   До настоящего времени употребляются внесистемные единицы давления:

   техническая атмосфера 1 ат = 9,81-104 Па;

   физическая атмосфера 1 атм = 1,013-105 Па;

   миллиметры ртутного столба 1 мм рт. ст.= 133 Па;

   1 атм = = 760 мм рт. ст. = 1013 гПа.

2. Пусть газ находится в закрытом сосуде. Манометр показывает давление газа . Но какова природа этого давления? Каждая из молекул газа, ударяясь о стенку, в течение малого промежутка времени действует на нее с определенной силой. Вследствие беспорядочных ударов об стенку, сила, действующая со стороны всех молекул на единицу площади стенки,- это давление. Действия, вызванные ударом отдельных молекул, настолько малы, что манометр их не регистрирует. Манометр фиксирует среднюю по времени силу, действующую на каждый квадратный сантиметр его чувствительного элемента - мембраны. Среднее значение давления - практически вполне определенная величина, ибо ударов об стенку очень много, а массы молекул чрезвычайно малы.

3. Пусть внутри сосуда, площадь стенки которой S, содержится идеальный одноатомный газ, масса каждой молекулы  ,они хаотично движутся со скоростями v 

Общее число молекул в сосуде N, а через   обозначим среднюю квадратичную скорость их движения:

Эксперимент свидетельствует, что в случае неизменной температуры сосуда и газа, скорость молекул газа также является постоянной и определяется по формуле (1).

Квадрат вектора скорости связан с его компонентами следующим соотношением:

Полная хаотичность движения позволяет утверждать, что движение по всем направлениям происходит с одинаковой скоростью, поэтому

Поэтому формула 2 будет иметь вид:

Предположим, что молекулы газа движутся от одной грани к другой без столкновений.

Это упрощение вследствие большого количества молекул N и хаотичности их движения не влияет на точность расчетов. Во время столкновения со стенками сосуда молекулы идеального газа взаимодействуют с ними по законам механики как абсолютно упругие тела. Молекула действует на стенку с силой F2, равная, согласно третьему закону Ньютона, силе F1, с которой стенка сосуда действует на молекулу и противоположная ей по направлению.

Пусть молекула массой m0 движется в направлении стенки сосуда, площадь которой S.

Упруго ударившись о стенку, она передает ей импульс:

За время Δt стенки сосуда могут достичь лишь те молекулы, которые содержатся в объеме:

Поскольку в этом объеме половина молекул движется к стенке, а половина от нее, то количество молекул Z, которые ударятся о стенку за время Δt, равна:

где   - концентрация молекул, [n] = м-3. Подставив значения объема V из уравнения (5) в уравнение (6) получим:

Все эти молекулы передают стенке сосуда импульс, что, согласно второму закону Ньютона, равно импульсу силы:

После упрощения сила F, с которой молекулы действуют на стенку S, равна:

Так  , а давление  , то получим выражение основного уравнения МКТ газов:

Учтем то, что квадрат модуля скорости движения молекул равна среднему значению квадрата скорости  , поэтому уравнение (7) будет иметь вид:

Это и есть основное уравнение МКТ.

Коэффициент  обусловлен трёхмерностью пространства - во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.

Давление молекул на стенки сосуда равна 1/3 произведению концентрации молекул на массу одной молекулы и на средний квадрат скорости движения молекул.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические величины - давление, которое можно измерить манометром, с микроскопическими величинами, характеризующими молекулы, и является как бы мостом между двумя мирами - макроскопическим и микроскопическим.

Если через  0 обозначим среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул

то уравнение (8) примет следующий вид:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.

Справедливость утверждения, следующая из основного уравнения МКТ, подтверждается при рассмотрении принципа действия ДВС, знакомого студентам устройства, неразрывно связанного с получаемой специальностью.

3. Закрепление материала.

(содержание – в смартфон: студент фотографирует с монитора и распространяет информацию через социальные сети. Опять-таки экономия времени и всё вышеперечисленное).

Глоссарий по теме:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Средняя кинетическая энергия молекул – усреднённая величина, равная половине произведения массы молекулы на среднюю величину квадрата её скорости.

Концентрация – число молекул в единице объёма.

Масса молекулы (или атома) – чрезвычайно маленькая величина в макроскопических масштабах (граммах и килограммах), вычисляется через отношение массы вещества к количеству содержащихся в ней молекул (или атомов).

Изменение импульса тела – произведение силы на время действия силы. Импульс силы всегда показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Обобщение и систематизация знаний

Задача №1.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

Задача №2.

Найти концентрацию молекул кислорода, если его давление 0,2 МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 700 м/с.

Дано: Решение:

υ=700 м/с n=3Nа р /υ2 М = 2,3·1025

M =32·10 -3 кг/моль
р =0,2 МПа

n=? .

Ответ: 2,3·1025. 

Задача №3.

Подведение итогов занятия.

Домашнее задание: материал конспекта.

Выводы.

Результаты проведенного занятия позволяют сделать вывод о правильности выбора целей, определения задач, формы и средств его проведения. Цели были достигнуты, результаты закреплены. Все это позволит сформировать знания и умения, входящие в профессиональные компетенции, которые в дальнейшем будут развиваться при изучении других дисциплин данной специальности. И на вопрос: « Быть или не быть смартфону на занятиях?» Ответ один: в качестве источника и хранителя информации – быть.

.

Литература по теме занятия:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 188 – 192.

2.Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. С. 65 – 67.