Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Методика обучения решению задач по разделу «Газовые законы» в условиях профессиональных колледжей
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Методика обучения решению задач по разделу «Газовые законы» в условиях профессиональных колледжей

библиотека
материалов

8



МЕТОДИКА ОБУЧЕННИЯ РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО РАЗДЕЛУ «ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ»


В связи с повышением научно- теоретического уровня раздела физики, такого как «Газовые законы», в профессиональной школе все больше внимания уделяется решению задач этого раздела.

Образовательное, политехническое и воспитательное значение задач раздела в профессиональной школе трудно переоценить. Без них такой раздел физики как «Газовые законы» не может быть усвоен. В большинстве школ решению физических задач уделяется значительное внимание. Тем не менее, многие учащиеся постоянно испытывают затруднение в решении задач, что наглядно обнаруживается на экзаменах в профессиональной школе и на вступительных экзаменах в вузах. Это, на мой взгляд, объясняется не только сложностью данного вида занятий для учащихся, но и недостатками в подборе и методике решения задач по профессиональному курсу физики.

Сознавая важность задач для изучения раздела, мной была, сделала попытка подобрать типовые задачи разных видов с учетом специфики учебной программы профессиональной школы.

Физической задачей в учебой практике обычно называют небольшую проблему, которая в общем случае решается с помощью логических умозаключений, математических действий и эксперимента на основе газовых законов и методов физики. По существу на занятиях по физике в профессиональной школе каждый вопрос, возникший в связи с изучением нового материала, является для учащихся задачей.

С сущностью физических явлений учащихся знакомят различными методами: демонстрации опытов, постановки лабораторных работ, проведения экскурсий, путем рассказа и т.д. При этом активность учащихся, а, следовательно, глубина и прочность их знаний. Опираясь на имеющиеся у учащихся знаний, в процессе решения задач можно подвергнуть анализу изучаемые физические явления и величины.

Задачи по разделу «Газовые законы» классифицируются по многим признакам: по содержанию, назначению, глубине исследования вопроса, способом решения, способам задания условия, степени трудности и т.д.

Задачи, содержащие материал о технике, промышленности, сельскохозяйственном производстве, транспорте, связи, называют задачами с политехническим содержанием. Эти задачи составляют значительную часть раздела и удовлетворяют следующим основным требованиям:

  1. Содержание задач должно быть тесно связано с изучаемым материалом.

  2. Рассматриваемый технический объект или явление должны иметь широкое применение сельском хозяйстве

  3. В задачах должны быть использованы реальные данные о машинах, процессах и т.д, поставлены такие вопросы, которые действительно встречаются на практике.

  4. Технические задачи по содержании, по форме должны быть как можно ближе подходить к условиям, встречающимся в жизни, необходимые данные для которых приходилось бы находить по схемам, чертежам , брать из справочной литературы или из опыта.

Физические задачи по разделу «Газовые законы» классифицируются также по степени сложности. Задачи, не сложные по содержанию, требующие, например, истолкования смысла формул, подбора системы единиц, нахождения по готовой формуле тех или иных величин и т.п, решают, как правило, в процессе изучения темы. Более сложные задачи содержат уже проблемную ситуацию и элемент новизны. Таким задачам уделяют главное внимание на занятиях, в том числе отводят отдельные уроки по решению задач.

В зависимости от характера и методов исследования вопросов различают качественные и количественные задачи. Качественными называют задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами. Еще это вид задач называют задачи-вопросы, логические задачи, качественные вопросы и др.

Количественными называю задачи, при решении которых устанавливают количественную зависимость между искомыми величинами и ответ получают в

виде формулы или определенного числа. При решении таких задач необходимы вычисления. Окончательный ответ на вопрос задачи не может быть дан без количественного расчета.

По способу решения различают устные, экспериментальные, вычислительные и графические задачи раздела «Газовые законы». Деление это условно в том отношении, что при решении большинства задач применяются несколько способов. Например, при решении экспериментальной задачи необходимы устные рассуждения, а также во многих случаях вычисления и работа с графиками.

Решение задач по разделу «Газовые законы» как мыслительный процесс-это процесс анализа и синтеза. По данной теме сначала решают задачи на частные случаи уравнения состояния идеального газа: законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Дальтона, Шарля. При этом необходимо, вспомнить полученные знания о газах в средней школе, максимальной мере использовать физический эксперимент и графики. Без этого, как показывает опыт, знания учащихся могут оказаться формальными, несмотря на кажущиеся прочные усвоение соответствующих формул.

При решении задач на законы Гей-Люссака и Шарля следует обратить внимание на введение понятия об абсолютной температуре, записи законов. При решении многий задач для одной и той же массы, но для двух различных состояний удобно записать в виде hello_html_70f87984.gif(объединенный газовый закон). Рассмотрим примеры решения задач по разделу









Задача определение температуры идеального газа


Определить температуру идеального газа, если средняя кинетическая энергия поступательного движения его молекулы равна 7,87 ∙ 10-21 Дж.


Дhello_html_40862967.gifано: Решение:

hello_html_50499d34.gifhello_html_24a071a0.gif

hello_html_m2894c040.gifгде k ― постоянная Больцмана

Thello_html_7d227518.gif ― ? отсюда следует:hello_html_m1e584750.gif

hello_html_m71fa327d.gif


Задача на определение средней скорости молекул

Определить среднюю квадратичную скорость молекул водорода при температуру при 300К?


Дано:

T = 300 K

М = 2 ∙ 10-3 кг / моль

R = 8,31 Дж / (моль ∙ К)


hello_html_m7501c455.gif?




Решение:

Так как hello_html_2039b1dd.gif и hello_html_m2479783b.gif

То m0hello_html_30e3461e.gif = 3 kT

Но m0 = hello_html_8541f6d.gif, тогда hello_html_m45b29ae6.gif

hello_html_503a68bb.gif, так как k NA =R

окончательно имеем: hello_html_22598749.gif

hello_html_m26ddff49.gif








Задачи на уравнение Клапейрона-Менделеева

Определить температуру аммиака NH3,находящегося под давлением 2,1∙105 Па, если объём его 0,02 м3, а масса 0,03 кг.


Дано:

P=2,1∙105 Па

М=17∙10-3 кг/моль

V=0,02 м3

m=0,03 кг

Rhello_html_m1ed2ed5d.gif=8,31 Дж/(моль∙К)

Т-?



Из уравнения Клапейрона-Менделеева

находим

hello_html_29d35fe0.gif

hello_html_m15b3654.gif


Определить массу оксида азота NO3 в баллоне, объём которого 6 ∙10-2 м3 при температуре 7 0 С и давлении 1,2 ∙ 105 Па.

Дано:

V = 6∙10-2 м3

Т = 280 К

p = 1,2∙105 Па

М = 46∙10-3 кг/(моль∙К)

Rhello_html_m1f99429b.gif = 8,31 Дж/(моль∙К)

m ― ?

Решение:

Из уравнения Клапейрона-Менделеева

находим m=hello_html_397de00d.gif


hello_html_m54960678.gif

Задача № 7


При температуре 320К средняя квадратичная скорость молекул

кислорода 500 м/с. Определить массу молекулы кислорода не пользуясь


Периодической системой элементов Д.И. Менделеева.




Дано:

Т = 320 К

hello_html_m4434289.gif

k = 1,38 ∙ 10 –32Дж

hello_html_757644d7.gif

m0 ― ?






Решение:

Кинетическая энергия одной молекулы

кислорода

hello_html_6bbdcdfd.gif


hello_html_m291571a8.gif




Задача на определение давления из уравнения Клайперона -Менделеева

Под каким давлением находится кислород в баллоне, если при

температуре 270 С его плотность 6,24 кг/м3 ?


Дано:

М = 32 ∙ 10-3 кг/моль

Т = 300 К

hello_html_m5a2c4d56.gif

R = 8,31 Дж / (моль ∙ К)

hello_html_m1573a678.gif

p ― ?




Решение:

Преобразуем уравнение

Клайперона -Менделеева к виду

hello_html_cdf0526.gif


hello_html_34bec2b5.gif


= 4,86 ∙ 105 Н/м2 = 4,9 ∙ 10 5 Па.


Задача на закон сохранения энергии

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. За один цикл рабочее тело машины получило от нагревателя 1200Дж теплоты, совершило механическую работу, равную 500 Дж, и отдало холодильнику 800 Дж теплоты. Может ли реально существовать такая машина? Если нет, то указать, какая физическая ошибка допущена в условии задачи.

hello_html_394de20f.gif

Дано

Q1 = 1200Дж

А = 500 Дж

Q2 = 800 Дж

Мhello_html_bd91d0a.gifожет ли существовать такая машина ?



По закону сохранения и превращения энергии должно соблюдаться следующее равенство:

Аhello_html_3b8a6ff7.gif = Q1Q2 500 Дж ≠ 1200 Дж - 800 Дж




Такая тепловая машина не может существовать, так как по данным условия задачи не соблюдается закон сохранения и превращения энергии.


Задача с производственным содержанием на определения конечного давления в конце сжатия

Определить давление газа в конце сжатия, если начальная температура

Т0 = 310 К, а конечная Т1 = 900 К; начальное давление р0 = 0,9∙ 105 Па; степень сжатия (отношение объёмов hello_html_2fb501fd.gif) равна 15.

Дано

Т0 = 310 К

Т1 = 900 К

р0 = 0,9∙ 105 Па

hello_html_2fb501fd.gifhello_html_70c9c36b.gif= 15

р1-?


Для определения давления в конце такта сжатия воспользуемся уравнением газового состояния

hello_html_7ed2b8c9.gif, откуда hello_html_7fb8ef5c.gif

Подставляя данные, получим


hello_html_304a571b.gif39∙105Па=3,9Мпа

Сравнивая результат с данными учебника по тракторам (р1= 3,5÷4,0 МПа), видим их соответствие

Задача на определения давления в конце такта сжатия

Определить давление газа в конце сжатия, если начальная температура Т0=310 К, а конечная Т1=900 К ; начальное давление р0=0,9*105 Па ; степень (отношение объемов V0/V1) сжатия равна 15

Дано:

р0=0,9*105 Па

Т0=310 К

Тhello_html_7d227518.gif1=900 К

Нhello_html_m75498e95.gifайти Р1-?

Решение:

Для определения давления в конце сжатия воспользуемся уравнением газового состоянияhello_html_m53d4ecad.gif

hello_html_4e20916c.gifhello_html_m420e75f5.gifhello_html_m7165fe6b.gif

Р1V11= Р0V0о откуда Р10V0T1/V1T0= 15Р0V1T1/V1T1

Подставляя данные, получим hello_html_5bedbe6e.gif

Сравнивая результаты с данными учебника по тракторам (р1=3,5÷4,0 МПа) видим соответствие

Ответ: Давление газа в конце сжатия 3,9 МПа

Задача на сравнений полученного результата при решении задачи и данными с данными учебника по тракторам

Проверить данные учебника, в котором указывается, что во время сгорания топлива в дизельном двигателе температура достигает 1800-20000С, а давление возрастает до 6,0-9,0 МПа. Начальное давление, т.е. давление в конце сжатия, составляет 3,5÷4,0 МПа, а начальная температура 873-923 К.

Дано:

р0=37,5*105 Па

Т0=900 К

hello_html_7d227518.gif

Нhello_html_m75498e95.gifайти Т-?

Решение:

Пользуясь законом Шарля и взяв среднее значение величин т.е. hello_html_76381a5c.gif0=900К, находим один из параметров например Т

hello_html_49ef0015.gif

Ответ: во время сгорания топлива в дизельном двигателе температура достигает 1800К


Задача на сравнений полученного результата при решении задачи и данными с данными справочника по тракторам
В дизельных двигателях в начальный момент сжатия р0=0,9 МПа, Т0=310 К.В конце сжатия р=3,5 МПа, Т=900К. Определить степень сжатия. Полученный результат сравнить с данными справочника.


Дhello_html_40862967.gifано:

р0=0,9 Мпа

Т0=310 К

Тhello_html_7d227518.gif1=900 К

Найти ε-?

Решение:

Вhello_html_4e82c5fe.gifоспользуемся уравнением Клапейрона

hello_html_m352dac35.gif


hello_html_58b09348.gif

Ответ: степень сжатия ε=13,4

Сhello_html_m53d4ecad.gifчитая среднее давление в цилиндре двигателя равным полусумме начального и конечного давлений горючей смеси в цилиндре двигателя ЗМЗ-66 за такт сжатия, определить работу по сжатию, если в начале этого такта давление горючей смеси р1=9,8*104 Па, Т1=300К. В конце такта сжатия Т2=573К. Изменение объемаhello_html_m4fc34e9.gif степень сжатия ε=6,7

Дhello_html_mb689f5b.gifано:

р1=9,8*104 Па

Т1=300 К

Т2=573 К

hello_html_m4fc34e9.gif

hello_html_7d227518.gifε=6,7

Найти А-?

Решение:

hello_html_bdc6198.gif. Из уравнения Клапейрона hello_html_me61b48c.gif

hello_html_m298dd5ef.gif


Задача на КПД и эффективность мощности

Показать как, влияет на величину эффективности мощности и КПД двигателя степень сжатия рабочей смеси (воздуха) в цилиндрах.

Решение:

При увеличение степени сжатия возрастает hello_html_29f0cba7.gif, а значит, и работа совершаемая рабочим телом, за один рабочий ход hello_html_50f23b65.gif.Следовательно, растет мощность и КПД двигателя.

Задача № 18

В учебных пособиях по тракторам указывается, что при одинаковых объемах цилиндров мощность карбюраторных двигателей больше мощности дизельных двигателей, хотя КПД у дизельных двигателей на 30-35% больше, чем у карбюраторных. Нет ли здесь противоречия?

Решение:

Противоречия никакого нет. В карбюраторных двигателях используется топливо с большой теплотой сгорания, чем в дизельных, примерно на 10%. Частота вращения коленчатого вала карбюраторных двигателях приблизительно в 1,5 раз больше чем у дизельных, что предполагает соответственно увеличение расхода топлива, а следовательно, и мощности.

Вопрос: Каково назначение нагревателя в тепловом двигателе?


Решение:

Тепловой двигатель совершает механическую работу за счет внутренней энергии в процессе перехода теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому телу (холодильнику). Если тепловая машина работает по замкнутому циклу, то рабочее тело в каждый цикл должно пополнять свою внутреннюю энергию за счет теплоты получаемой от нагревателя. Если двигатель совершает неизменный по времени процесс, как, например, при непрерывном вращении паровой турбины или при непрерывном истечении продуктов горения в ракете, то рабочее тело должно непрерывно получать теплоту от нагревателя. Таким образом, назначение нагревателя в тепловых двигателях состоит в том, что чтобы периодически или непрерывно пополнять внутреннюю энергию рабочего тела. Без пополнения расходуемой внутренней энергии рабочего тела двигатель не может работать.

Задача № 20

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает от нагревателя за каждый цикл 2500Дж теплоты. Температура нагревателя 400К, холодильника 300К. Определить работу, совершаемую машиной за один цикл, и количество теплоты, отдаваемой холодильнику.

Дhello_html_m75498e95.gifано:

Т1=400К

Т2=300К

Q1=2500Дhello_html_7d227518.gifж

Найти А-? Q2-?

Решение:

Так как тепловая машина работает по циклу Карно, то справедливо равенство

hello_html_2bcfa34e.gifтогда hello_html_m44ce04f4.gif

hello_html_m42411c6a.gif

На основании закона сохранения и превращения энергии

hello_html_m75e7ad4e.gif

А=2500Дж-1875Дж=625Дж

Ответ: работа совершаемая машиной за один цикл ровна А=625Дж, количество теплоты отдаваемое холодильнику Q2=1875 Дж

Задача № 21

Как измениться внутренняя энергия 240 г кислорода О2 при охлаждении его на 100К?



Дhello_html_m15987aaa.gifано: Решение:

m=0,24кг hello_html_5d9499bf.gif;

hello_html_m6b947fa6.gifК hello_html_685faf71.gif

М=32*10-3кг/моль

R=8,31Дж/(моль*К)

hello_html_m2e8fe607.gif

Найти hello_html_3094811b.gif

Ответ: внутренняя энергия газа уменьшится на 15,58 кДж









Краткое описание документа:

В связи с повышением научно- теоретического уровня  раздела  физики, такого как «Газовые законы», в профессиональном  колледже все больше внимания уделяется решению задач этого раздела.Образовательное, политехническое и воспитательное значение задач раздела в профессиональном колледже трудно переоценить. Без них такой  раздел физики как «Газовые законы» не может быть усвоен. В большинстве школ решению физических задач уделяется значительное внимание. Тем  не менее, многие учащиеся постоянно испытывают затруднение в решении задач, что наглядно обнаруживается на экзаменах в  профессиональной школе  и на вступительных экзаменах в вузах. Это, на мой взгляд, объясняется не только сложностью данного вида занятий для учащихся, но и недостатками в подборе и методике решения задач по профессиональному курсу физики. Сознавая важность задач для изучения раздела, мной была, сделала попытка подобрать типовые задачи разных видов с учетом специфики учебной программы профессионального колледжа.  
Автор
Дата добавления 29.03.2014
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1162
Номер материала 46529032929
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх