Конспект урока физики (10 класс)

Тема урока: «Испарение и конденсация.Насыщенный пар и его свойства.Кипение.Критическая температура»

Тип урока: изучение нового материала

Форма урока: комбинированный

Цели урока:

Образовательные: Ознакомить студентов с закономерностями парообразования; продолжить формировать умение применять основные положения М.К.Т. в объяснении физических явлений; учиться решать качественные задачи;

Развивающие: умение применять знания теории на практике; формирование интеллектуальных умений: анализировать, выделять главное, существенное в изучаемом материале, делать выводы; развитие наблюдательности, самостоятельности; развитие познавательного интереса;

Воспитательные: продолжить формирование представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы.

ХОД УРОКА:

I.              Организационный момент (мотивация учебной деятельности)

1)             Что называется уравнением состояния?

2)             Уравнение Менделеева-Клайперона

3)             Что такое изопроцессы?

4)             Виды изопроцессов

5)             Законы  Бойля_Мариотта, Гей-Люссака,Шарля

II.           Изучение нового материала

 - Какие состояния вещества вы знаете? - Жидкие, газообразные, твердые.

Все вы наверное замечали, если оставить в открытом флаконе духи или тушь, то через достаточно продолжительное время, жидкость, содержащаяся в открытом сосуде, постепенно уменьшается, а с течением времени жидкость и вовсе может исчезнуть.

 - Что же происходит с жидкостью? - Жидкость испаряется. –

Испарение - переход вещества из жидкого состояния в газообразное.Этот процесс непрерывен, поэтому жидкость испаряется постепенно. Явление испарения играет огромную роль в природе, в быту и в технике.

Приведите примеры испарения? - . - Круговорот воды на Земле. –

 Ежегодно с поверхности Земли испаряется около 500 000 миллиардов тонн воды. При испарении, жидкость покидают молекулы, кинетическая энергия которых больше, поэтому средняя кинетическая энергия уменьшается при испарении. - Так как кинетическая энергия уменьшается, то к чему это приводит? - Если кинетическая энергия уменьшается, то температура тоже уменьшается. –

 То есть при испарении происходит охлаждение жидкости. Например, смочив руку какой- нибудь быстро испаряющейся жидкостью, вы почувствуете сильное охлаждение. Оно усилиться, если вы подуете на руку, то есть еще говорят МОКРОМУ ХОЛОДНО. –

 Охлаждением при испарении летучих жидкостей пользуются врачи.

 - В жарких странах для охлаждения воды, ее обычно содержат в пористых глиняных сосудах. Вода, просачивающаяся через поры сосуда, испаряется, охлаждая воду в сосуде.

 А если лишить жидкость возможности испаряться, то охлаждение ее будет происходить гораздо медленнее. Вспомните, как долго остывает жирный суп. Слой жира на его поверхности мешает выходу быстрых молекул воды. Жидкость почти не испаряется, так как большие молекулы жира более прочно сцеплены друг с другом, чем молекулы воды.

 Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре . Скорость испарения тем больше, чем больше площадь поверхности жидкости. Поэтому, чтобы белье быстро сохло, его распрямляют, а не вешают скомканным.. Конденсация- это переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Если испарение жидкости сопровождается ее охлаждением, то конденсация пара, наоборот, приводит к нагреванию жидкости.

Примеры конденсации:

- Роса летним вечером, когда воздух охлаждается.

- Запотевание окна.

- Образование облаков

Если число молекул, покидающих поверхность жидкости, становится равным числу молекул пара, возвращающихся за то же время в жидкость, то устанавливается  равновесие,которое  называется динамическим.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды при некотором парциальном давлении p, которое, как правило, меньше давления насыщенного пара p₀. Отношениеp / p₀, выраженное в процентах, называется относительной влажностью воздуха. 

Испарение может происходить не только с поверхности, но и в объеме жидкости. В жидкости всегда имеются мельчайшие пузырьки газа. Если давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению (т. е. давлению газа в пузырьках) или превышает его, жидкость будет испаряться внутрь пузырьков. Пузырьки, наполненные паром, расширяются и всплывают на поверхность. Этот процесс называется кипением. Таким образом, кипение жидкости начинается при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.

В частности, при нормальном атмосферном давлении вода кипит при температуре 100 °С. Это значит, что при такой температуре давление насыщенных паров воды равно1 атм. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, и поэтому температура кипения воды понижается (приблизительно на 1 °С на каждые 300 метров высоты). На высоте 7 км давление составляет примерно 0,4 атм, и температура кипения понижается до 70 °С.

 Все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако такое превращение может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры T_кр.

Критическая температура – температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром Например, для воды критическая температура равна 647,3 К, для азота 126 К, для кислорода 154,3 К. При комнатной температуре (≈ 300 К) вода может находиться и в жидком, и в газообразном состояниях, а азот и кислород существуют только в виде газов.

При температуре выше температуры критической ни при каких давлениях газ нельзя обратить в жидкость. Газы, находящиеся в жидком состоянии, называются сжиженными.

 Применение в медицине – кислородные подушки.

III.Формирование практических умений и навыков

А)Решение качественных задач

1. Что быстрее потушит пламя – кипяток или холодная вода?

- Быстрее потушит пламя кипяток, так как он превращается в пар быстрее, чем холодная вода, а пар прекращает доступ кислорода к горящему телу.

2. Вы собрались завтракать и налили в стакан черный кофе, но зазвонил телефон. Что надо сделать, чтобы к вашему возвращению кофе был бы горячее: налить в него молока сразу, перед уходом, или после, когда вы вернетесь? Почему?

- Молоко надо налить в кофе сразу, перед уходом, так как молоко содержит жир, а он замедляет испарение. Следовательно, кофе остынет медленнее.

3. Почему, когда, купаясь в жаркий день, вы входите в воду, вода кажется холоднее, а когда выходите, то воздух кажется холоднее воды?

- Вода нагревается медленнее, чем воздух, поэтому она холоднее воздуха. Когда мы выходим из воды, на нас остаются капли воды, которые испаряются. Испарение происходит с поглощением энергии, которую капельки воды забирают тела. Тело при этом охлаждается, и воздух кажется холоднее воды.

 4. Почему сырые спички или дрова не загораются?

- Так как спичка сырая, то часть энергии расходуется на испарении влаги, содержащиеся в сырой спичке. Поэтому спичка не может нагреться до температуры воспламенения и не загорается, также и дрова.

5. Прослушайте сказку Сказка: Жил-был царь. У него были три дочери: старшая, средняя и младшая. Младшая была самая красивая, самая любимая. Царь был стар и умен. Он давно издал указ, по которому первая дочь, выходящая замуж получит пол - царства. Зная указ, средняя и старшая дочери очень хотели замуж, и часто из-за этого ссорились. Младшая дочь замуж не собиралась. Чтобы разрешить все вопросы с замужеством и уладить ссоры, царь предложил провести такое соревнование. Он поставил на стол три чайника. Они были совершенно одинаковы, как по внешнему виду, так и по вместимости. Царь налил в каждый чайник равное количество воды из ведра. «Мои любимые дочери, - начал свою речь царь, - сейчас каждая из вас возьмет по чайнику и отправиться вместе со мной на кухню. Там вы поставите чайники на плиту и дождетесь, пока они закипят. Та дочь, у которой закипит чайник раньше, выйдет замуж первой». Как не странно, но расчеты царя были точными, первым закипел чайник у младшей  дочери. Почему?

 Ответ: Старшая и средняя дочери очень хотели, чтоб их чайники закипели быстрее, и часто поднимали крышки чайников, проверяя, не кипит ли в них вода. Младшая дочь замуж не хотела и в чайник не заглядывала!

Б) Решение количественных задач:

1.Сколько молекул содержится в 18 г Н₂О?

m=m₀N        N=m/ m₀=18*10^-3/2,7*10^-26=6,6*10²³

2. Каково   давление  сжатого водорода, находящегося  в баллоне объемом  20 л при  температуре 27⁰ С, если масса водорода  2 кг? (молярная  масса водорода 2*10^-3  кг/моль)

М=2*10^-3  кг/моль                                       pV = RT

                                                                       P=mRT/ VM=125*10⁶ Па

Т=300 К

m =2 кг

V=20*10^-3 м³

P-?

3. Чему равна средняя кинетическая энергия  молекул газа  при давлении Р=8*10⁵  Па, если в 1 м³ содержится  3*10²⁷ молекул.

4. Масса молекулы водорода  равна  0,23*10^-24  кг. Найти молярную массу водорода.

       IV. Cамостоятельная  работа

        1 вариант

1.Найти массу воды, содержащую 0,05 моль вещества. (масса молекулы воды равна 2,7*10^-26 кг)

2.В сосуде объемом 0,01 м³  находится 6*10¹⁰ молекул газа. Чему равна концентрация молекул?

3. Найти массу газа, находящегося под давлением 3*10⁷ Па,занимающего объем 0,5 м³.Молярная масса газа  2,6*10^-3 кг/моль, температура 340 К.

2 вариант

1.Газ массой 6 кг имеет давление  200 кПа и занимает объем 5 м³. Чему равна среднеквадратичная скорость молекул газа?

2.Найти молярную массу  азота, если масса молекулы азота равна 0,68*10^-26 кг.

3. Найти объем газа,  массой 1,2 кг,  находящегося под давлением 4*10⁷ Па. Молярная масса газа  3,6*10^-3 кг/моль, температура 240 К.

V.Домашнее задание: выучить конспект. Решить задачу:

 Найти плотность углерода, если его давление равно 1,35 кПа,  а квадрат скорости его молекул равен   2*10⁵ м²/с².