Методическая разработка урока по теме :"Газовые законы"

 Тема : Газовые законы

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний. (комбинированный урок).

Цель: активизация познавательной деятельности учащихся при изучении темы за счет включения в исследовательскую работу с использованием цифровой лаборатории.

Задачи урока:

Образовательные:

1. Повторить зависимость между двумя изменяющимися термодинамическими параметрами при неизменном третьем.
2. Показать применение газовых законов с помощью эксперимента.

Воспитательные:

1. Продолжить формирование познавательного интереса учащихся;
2. В целях интернационального воспитания обратить внимание учащихся, что физика развивается благодаря работам ученых разных стран и исторических времён;
3. Продолжить формирование стремления к глубокому усвоению теоретических знаний через решение задач.
4. Формирование взаимопомощи, доброжелательного отношения друг к другу,развивать культуру общения и культуру ответа на вопросы.
5. Умение выслушать других при работе в классе, в группах.
6. Формировать навыки безопасной работы.

Развивающие:

1. Для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза;
2. Вырабатывать умения объяснять газовые законы на основе положений МКТ.
3. Описывать состояние и изопроцессы идеального газа.
4. Давать и объяснять графическое изображение процессов.

Метод:

Групповая (парная) исследовательская деятельность с применением цифровой лаборатории.

Средства:

·         Проектор, интерактивная доска.

·         Лабораторное оборудование.

·         Нетбуки, цифровая лаборатория.

Ход урока

І. Мотивационный этап.

На прошлом уроке, мы получили уравнение состояния идеального газа. И теперь зная это уравнение можно вывести все три газовых закона на сегодняшнем уроке. Но в истории физики эти открытия были сделаны в обратном порядке: сначала экспериментально были получены газовые законы, и только потом они были обобщены в уравнение состояния. Этот путь занял почти 200лет.

Сегодня мы попробуем самостоятельно получить формулировки газовых законов.

II. Актуализация знаний.

Прежде чем перейти к основному изучению данной темы, поговорим немного об основных понятиях, которые потребуются для объяснения увиденного.

1. Фронтальный опрос

1) Назвать макроскопические параметры, характеризующие состояние идеального газа.

2) Записать формулы уравнения-состояния идеального газа Менделеева-Клапейрона и Клапейрона. В чем их отличие?

3) Определить один из параметров, если известны два других; определить состояние системы, если она совершает работу или получает теплоту от окружающих тел; как изменяются два параметра при одном неизменном

III. Изучение газовых законов.

Уравнение, устанавливающее связь между давлением, объемом и температурой газа было получено в середине XIX века французским физиком Клапейроном ,в форме  оно было впервые записано Д. И. Менделеевым. Поэтому уравнение состояния газа называется уравнением Клапейрона–Менделеева.

Понятие «Изопроцессы», Виды Изопроцессов, Газовые законы, Графические представления газовых законов.

Газ может участвовать в различных тепловых процессах, при которых могут изменяться все параметры, описывающие его состояние (p, V и T). Если процесс протекает достаточно медленно, то в любой момент система близка к своему равновесному состоянию. Такие процессы называются квазистатическими. В привычном для нас масштабе времени эти процессы могут протекать и не очень медленно. Например, разрежения и сжатия газа в звуковой волне, происходящие сотни раз в секунду, можно рассматривать как квазистатический процесс. Квазистатические процессы могут быть изображены на диаграмме состояний (например, в координатах p, V) в виде некоторой траектории, каждая точка которой представляет равновесное состояние.

Интерес представляют процессы, в которых один из параметров (p, V или T) остается неизменным. Такие процессы называются изопроцессами.

Сегодня мы исследуем изопроцессы  и на основании полученных результатов сделаем выводы и запишем газовые законы.

Изотермический процесс (T = const)

Изотермическим процессом называют квазистатический процесс, протекающий при постоянной температуре T. Из уравнения (*) состояния идеального газа следует, что при постоянной температуре T и неизменном количестве вещества ν в сосуде произведение давления p газа на его объем V должно оставаться постоянным:

pV = const.

(показать  видеоролик)

<Рисунок 1>

На плоскости (p, V) изотермические процессы изображаются при различных значениях температуры T семейством гипербол p ~ 1 / V, которые называются изотермами. Так как коэффициент пропорциональности в этом соотношении увеличивается с ростом температуры, изотермы, соответствующие более высоким значениям температуры, располагаются на графике выше изотерм, соответствующих меньшим значениям температуры . Уравнение изотермического процесса было получено из эксперимента английским физиком Р. Бойлем (1662 г.) и независимо французским физиком Э. Мариоттом (1676 г.). Поэтому это уравнение называют законом Бойля–Мариотта.

<Рисунок 2>

Теперь вам будет предложено исследовать эту зависимость и сделать  выводы.

Работа 2.6 Зависимость давления газа от объема при постоянной температуре.

Изохорный процесс (V = const)

Изохорный процесс – это процесс квазистатического нагревания или охлаждения газа при постоянном объеме V и при условии, что количество вещества ν в сосуде остается неизменным.

Как следует из уравнения (*) состояния идеального газа, при этих условиях давление газа p изменяется прямо пропорционально его абсолютной температуре: p ~ T или

<Рисунок 3>

На плоскости (p, T) изохорные процессы для заданного количества вещества ν при различных значениях объема V изображаются семейством прямых линий, которые называются изохорами. Большим значениям объема соответствуют изохоры с меньшим наклоном по отношению к оси температур.

Экспериментально зависимость давления газа от температуры исследовал французский физик Ж. Шарль (1787 г.). Поэтому уравнение изохорного процесса называется законом Шарля.

Уравнение изохорного процесса может быть записано в виде:

где p₀ – давление газа при T = T₀ = 273,15 К (т. е. при температуре 0°С). Коэффициент α, равный (1/273,15) К^-1, называют температурным коэффициентом давления.

Изобарный процесс (p = const)

Изобарным процессом называют квазистатический процесс, протекающий при неизменным давлении p.

Уравнение изобарного процесса для некоторого неизменного количества вещества ν имеет вид:

где V₀ – объем газа при температуре 0°С. Коэффициент α равен (1/273,15) К^-1. Его называют температурным коэффициентом объемного расширения газов.

<Рисунок 4>

На плоскости (V, T) изобарные процессы при разных значениях давления p изображаются семейством прямых линий которые называются изобарами.

<Рисунок 5>

Зависимость объема газа от температуры при неизменном давлении была экспериментально исследована французским физиком Ж. Гей-Люссаком (1862 г.). Поэтому уравнение изобарного процесса называют законом Гей-Люссака.

Экспериментально установленные законы Бойля–Мариотта, Шарля и Гей-Люссака находят объяснение в молекулярно-кинетической теории газов. Они являются следствием уравнения состояния идеального газа.

Лабораторная работа: Опытная проверка закона Гей-Люссака:

IV. Закрепление.

<Рисунок 1>

1. Какой процесс изображён на данной диаграмме?

2. Как изменится график, если процесс будет происходить при большей температуре?

3. Чему равно давление газа при объёме 50 литров?

<Рисунок 3>

1. Какая неточность закралась в этот рисунок?

2. Какой это процесс?

3. Изобразите данный процесс в координатах (р ;T), (V; T).

<Рисунок 4>

1. Какой это процесс?

2. Как будет проходить график данного процесса при меньшем давлении?

3. Чему равен объём газа при температуре 250К?

V. Подведение итогов урока

1. Можно ли считать газовые законы следствием уравнения состояния идеального газа?

2. Назвать границы применимости газовых законов.

Рефлексия

VI. Домашнее задание:

§71, упражнение 13, задача 1-4