Учебное занятие по физике. Уравнение состояния идеального газа

Этапы

Деятельность преподавателя

Деятельность студентов

Организационный этап.

Приветствие обучающихся.

Древний мыслитель и философ Китая – Конфуций говорил:

«Три пути ведут к знанию:

Путь размышления – это путь самый благородный,

Путь подражания – это путь самый легкий,

И путь опыта – это путь самый горький».

Сегодня на занятии нам предстоит пройти эти три пути. У каждого из Вас на столе есть рабочий и оценочный лист. Прошу Вас заполнять данные листы по мере продвижения по этапам.

Итак, нас ждет первый путь – путь размышления.

Слушают. Сообщают об отсутствующих

Целеполагание и мотивация.

Проблемная ситуация. Важную роль в нормальной жизнедеятельности многих людей играет атмосферное давление. Какие способы измерения или вычисления атмосферного давления, например, в нашем кабинете вы можете предложить? Если у нас есть 3 прибора: термометр, линейка, барометр.

А если нет барометра, если у нас под рукой только линейка и термометр.

Предложите способ определения атмосферного давления в нашем кабинете с помощью линейки и термометра (Время на обдумывание – 3 мин)

(В ходе беседы подвести студентов к необходимости установить зависимость между давлением, объемом и температурой)

Для вычисления атмосферного давления в нашем кабинете мы пришли к необходимости установить зависимость между давлением, объемом и температурой.

Какова основная учебная (познавательная) задача урока?

Уравнение, определяющее связь температуры, объема и давления тел, называется уравнением состояния. В некоторых случаях вместо объема в уравнение состояния входит плотность.

Для идеального газа уравнение состояния было установлено французским физиком Клапейроном, а для произвольной массы газа уравнение Клапейрона было обобщено Менделеевым; уравнение состояния называют еще уравнением Менделеева-Клапейрона. Любая реальная система – газ, жидкость, твердое тело - характеризуется своим уравнением состояния. Но только эти уравнения намного сложнее, чем уравнение Менделеева-Клапейрона для идеального (достаточно разреженного) газа.

Итак, какова тема нашего занятия?

Какова основная познавательная задача?

Для того, чтобы вывести уравнение Менделеева-Клапейрона, мы должны вспомнить некоторые понятия и формулы. Для этого выполните следующий мини-тест. (Задание 1) Время выполнения - 5 минут

1. Самый простой способ - использовать барометр, прибор для измерения атмосферного давления.

1. Термометром можно измерить температуру, линейкой измерить размеры комнаты и вычислить объем. А как установить зависимость между давлением, объемом и температурой?

Вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами — p, V, T.

Уравнение состояния идеального газа.

Вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами — p, V, T идеального газа.

Актуализация знаний.

1.В молекулярной физике используется понятие «идеальный газ». Это понятие применимо, когда можно пренебречь:

А. Потенциальной энергией взаимодействия частиц.

Б. Кинетической энергией частиц.

В. Массой частиц.

Г. Потенциальной энергией взаимодействия частиц и их размерами

2 . Какая из приведенных ниже формул позволяет вычислить число частиц в теле?

А. ρ=m/v. Б. В. ν=m/M

Г. M=Mr·10-3 Д. p=ρghЕ. n=N/v

3. Какая из приведенных в п.2 величин позволяет вычислить концентрацию частиц в теле?

А. ρ Б. N В. ν Г. М Д. р Е. n.

4. Что определяет произведение nkT?

А. Среднюю кинетическую энергию молекулы идеального газа.

Б. Давление идеального газа.

В. Термодинамическую температуру идеального газа.

Г. Внутреннюю энергию газа.

Д. Среди ответов А—Г нет правильного.

Самопроверка (слайд)

1. Выполняют тест

Первичное усвоение материала

Первичное закрепление учебного материала.

Подумайте, каким образом можно связать формулы, которые мы повторили, с интересующими нас макропараметры P, V, T?

Переходим к следующему путь - путь подражания – это путь самый легкий.

Выведем уравнение Менделеева—Клапейрона. Для этого выполним следующую последовательность действий, используя результаты предыдущего задания:

1.В уравнение связи давления и температуры газа поставим значение концентрации. Запишем полученный результат.

2.В это выражение подставим формулу для числа частиц.

3.Найдем в последнем выражении произведение двух постоянных величин и обозначьте его буквой R. Запишем полученный результат. Величина R называется молярной газовой постоянной.

Заполните таблицу (Задание 2).

Взаимопроверка (отметки в лист самооценки)

Характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчёте на один Кельвин.

4. Запишем полученное в пункте 3 выражение так, чтобы в левую часть входило произведение давление на объем, а в правую—все остальные величины. Это уравнение называется уравнением Менделеева—Клапейрона. Запомните его.

Следующее задание 3 работа в парах – заполните структурно-логическую схему вывода уравнения Менделеева-Клапейрона.

Для чего нужно уравнение состояния?

Знать уравнение состояния необходимо при исследовании тепловых явлений. Оно позволяет полностью или частично ответить на три группы различных вопросов:

1) Уравнение состояния позволяет определить одну из величин, характеризующих состояние, например, температуру, если известны две другие величины. Это используется в термометрах.

2) Зная уравнение состояние, можно определить, как меняется состояние системы, если она совершает работу, или получает теплоту от окружающих тел.

3) Зная уравнение состояния можно сказать, как протекают процессы при определенных внешних условиях: например, как будет меняться объем газа, если увеличить его температуры при неизменном давлении.

И путь опыта – это путь самый горький.

Студент показывает опыт

Опыт: шарик с водой, двухлитровая банка, сжечь бумагу, поместить в банку. Шарик сам опускается вниз.

Почему шарик опустился в банку?

Как вы думаете, все ли макроскопические параметры менялись в данном опыте?

Можете мне сказать, какой параметр в данном опыте оставался неизменным?

В уравнении состояния идеального газа один из макроскопических параметров может, не изменятся. Процессы перехода газа из начального состояния в конечное при котором один из параметров остается неизменным называют изопроцессами.

Для нашего опыта процесс называться изобарный т.к P-const

Если не изменяется V, то процесс называется изохорным, и если не изменяется температура, то процесс называется изотермическим.

Вывод формул изопроцессов самостоятельно. Задание 4

Проверка выполнения 4 задания.

Самопроверка

Выставление итоговых оценок.

1. В уравнение P = nkT подставить значение концентрации и числа молекул.

Примерные ответы.

Объяснение: В опыте воздух в банке нагревает горящая бумага. Когда на банку кладут шарик, он перекрывает доступ кислорода, горение прекращается. Плотность горячего воздуха меньше плотности холодного. Воздух в банке быстро остывает, его плотность увеличивается,  объём уменьшается –  шарик втягивается в банку.

Нет

Давление

Выполняют задание 4

Анализ деятельности.

подведение итогов учебного занятия

Оцените практическую значимость уравнения состояния идеального газа.

Вернемся к проблемной ситуации. Сейчас вы можете предложить способ вычисления давления в нашем кабинете? Предложите!!!

1.Какие понятия вы сегодня повторили?

2.С какими новыми понятиями вы познакомились?

Возвращение к эпиграфу урока.

Согласны ли с Вы с высказыванием Конфуция?

Какой путь для Вас был самым легким, самым трудным?

Информация о домашнем задании

Заполнить таблицу