Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Урок физики "Температура. Решение задач на газовые законы и уравнение Менделеева-Клапейрона. Закон Дальтона»
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: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Урок физики "Температура. Решение задач на газовые законы и уравнение Менделеева-Клапейрона. Закон Дальтона»

библиотека
материалов

Тема: «Температура. Решение задач на газовые законы и уравнение

Менделеева-Клапейрона. Закон Дальтона»

Цели:

1. Образовательная цель:

ввести понятие абсолютного нуля температуры, абсолютной шкалы температур; раскрыть физический смысл постоянной Больцмана; связь температуры со средней кинетической энергией поступательного движения молекул; проконтролировать степень усвоения следующих основных умений и навыков, изученных и сформированных на предыдущих уроках: газовые законы, уравнение Менделеева-Клапейрона, закон Дальтона;


2. Развивающая цель:

развитие речи и умение выделять главное, развитие способностей ориентироваться в основных понятиях физики;


3. Воспитывающая цель:

дать возможность почувствовать свой потенциал каждому учащемуся, продолжить формирование умений излагать мысли вслух, устанавливать причинно-следственные связи, работать с учебником.


Тип урока: урок систематизации и обобщения изученного материала.


Методы обучения: вербальный, проблемно-поисковый.

Форма организации: индивидуальная, фронтальная, групповая.

Оборудование и материалы:


Этапы урока:

I. Организационный этап.

II. Этап подготовки учащихся к активному усвоению знаний.

III. Этап обобщения и систематизации изученного.

IV. Этап информации учащихся о домашнем задании и инструктаж по его выполнению.


Ход урока:

I. Организационный этап.

Проверка подготовленности учащихся к уроку, постановка целей и задач урока.

Здравствуйте, уважаемые ребята! Сегодня на этом учебном занятии мы введем понятие абсолютного нуля температуры, абсолютной шкалы температур; раскроем физический смысл постоянной Больцмана; связь температуры со средней кинетической энергией поступательного движения молекул;

проверим степень усвоения вами следующих основных умений и навыков, изученных и сформированных на предыдущих уроках: газовые законы, уравнение Менделеева-Клапейрона, закон Дальтона.


II. Этап подготовки учащихся к активному усвоению знаний.

Иллюзии и слова гибнут

факты остаются.

Д.И. Писарев.

Температуру измеряют сотни лет, но на вопрос, что это такое, до сих пор ответит далеко не каждый. Человек издавна проявлял интерес к температуре, хоти бы потому, что она определяет его собственное самочувствие (больной человек «горячее»). Кстати, само слово temperatura (лат.) переводится как «смесь» и произошло от смешивания лекарств, которым приписывали тепловое действие на организм.

В XVI веке стали появляться термометры (прообраз термометра изобрел еще Галилей), но что именно они измеряют, оставалось непонятным. Дело в том, что термометры измеряют не саму температуру, а тот или иной термометрический параметр, например, объем столбика ртути, то есть они измеряют температуру косвенно. Для градуирования термометров выбирают две опорные точки. Р. Гук вместе с X. Гюйгенсом установили в качестве постоянных точек термометра – температуры таяния льда и кипения воды. В этих точках термометрический параметр, например, длина столбика ртути (при постоянном его сечении), имеет разные значения, интервал между которыми делят на равные части. Каждая часть определяет единицу измерения — градус температуры. Затем задают начало отсчета шкалы.

В соответствии с этим возникли разные шкалы температур (Реомюра, Фаренгейта, Цельсия). В нашей стране с XVIII века узаконена шкала Цельсия, по которой градус Цельсия (°С) определяется тем, что за 0 °С принята температура таяния льда, а за 100 °С – температура кипения воды (А. Цельсий – шведский физик и астроном, работавший в первой половине XVIII века).

Надо сказать, что непонимание физического смысла температуры не мешало широко ею пользоваться – в этом смысл использованного здесь эпиграфа. Если известно, что при t=39 °С человек болен, а при t= –39 °С ртуть замерзает, то термометр оказывается очень полезным инструментом независимо от того, что именно означают его деления. Таким образом, было установлено много важных закономерностей.

Итак, мы знаем, что в состоянии теплового равновесия все газы имеют одинаковую температуру, не зависящую от рода газа. Для определения температуры выясним, какая еще физическая величина обладает таким же свойством.

Из курса физика-VII известно, что с увеличением скорости молекул температура тела возрастает. При нагревании газа в замкнутом сосуде давление газа возрастает. Согласно же основному уравнению МКТ: давление р прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движении молекул, т.е.

р = п.

При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, кин молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура.

Можно предположить, что при тепловом равновесии именно средние кинетические энергии молекул всех газов одинаковы. Практически такую проверку произвести невозможно, так как измерить кин молекул очень трудно. Но с помощью основного уравнения МКТ ее можно выразить через макроскопические параметры.

Известно, что

р = пкин (А)


n = (Б)


N = (В)

Подставим (Б) в (А):


р = кин = кин (Ι)


Давление и объем измеряются непосредственно. Число молекул можно определить, зная массу газа m, постоянную Авогадро и молярную массу М.

Если кинетическая энергия Екин действительно одна и та же величина для всех газов в состоянии теплового равновесия, то и величина должна быть тоже одинаковой для всех газов. Только опыт может подтвердить или опровергнуть данное предположение.

Опыт 1. (Возьмем три сосуда с разными газами, например, с водородом, гелием и кислородом и поместим их в тающий лед). Подождем, пока не установится тепловое равновесие, и давление газов перестанет меняться (см. рис.). hello_html_m38d4fb.jpg

После этого можно утверждать, что все газы имеют одинаковую температуру 0°С. Давления газов р, их объемы V и число молекул N различны. Найдем отношение для водорода (возьмем 1 моль водорода, занимающий объем 0,1 м3).


= = 3,76·10-21 Дж


Для – = 3,76·10-21 Дж

Вывод 1. В тепловом равновесии величина равная произведению давления газа на его объем, деленная на число молекул для всех газов одинакова (выполняется это условие для достаточно разреженных газов, когда их можно считать идеальными):


= = = Θ0°(тэта) – для всех газов при данной t°С.

Опыт 2. (Если же сосуды с газами поместить в кипящую воду при нормальном атмосферном давлении)

= Θ100° = 5,14·10-21 Дж,

т.е. по-прежнему будет одним и тем же для всех газов, но больше, чем предыдущее.

Вывод 2. Величина равная произведению давления газа на его объем, деленная на число молекул пропорциональна температуре.


= k·T (ΙΙ) от температуры Θ выражаемой в энергетических единицах, перейдем к температуре T выражаемой в привычных градусах. T называется абсолютной.

Вычислим коэффициент пропорциональности в формуле (ΙΙ). Мы знаем значения Θ при 0°С и 100°С; обозначим абсолютную температуру при 0°С через Т1, а при 100°С через Т2.

Тогда, согласно уравнению Θ = k·T , получим

Θ100° = k·T2

Θ100°Θ= k(T2 T1) k = =

Θ = k·T1hello_html_2e0293e8.jpg


= () = 1,38·10-21

Коэффициент пропорциональности в формуле (ΙΙ) называется постоянной Больцмана (в честь австрийского физика – одного из основоположников МКТ)

k = 1,38·10-21



k показывает насколько изменяется кинетическая энергия молекул при изменении температуры на 1°С.

Постоянная Больцмана связывает энергетическую температуру с температурой измеряемой в кельвинах.

Проанализируем формулу (ΙΙ):


= k·T Т, определяемая формулой, не может быть «-», так как все величины стоящие в левой части заведомо «+».

Следовательно, наименьшим возможным значением Т может быть Т = 0, если р или V равны 0.

Итак, предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры.

Это самая низкая температура в природе, та «наибольшая или последняя степень холода», существование которой предсказывал Ломоносов.

В середине 19 в. английский ученый У. Кельвин (1824—1907) ввел абсолютную шкалу температур. Нулевая температура по абсолютной шкале (ее называют также шкалой Кельвина) соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.

Единица абсолютной температуры в СИ называется кельвином (обозначается буквой К).

(Рассказ учащегося о У. Кельвине. Презентация.)

Зная постоянную Больцмана, вычислим скольким градусам Кельвина соответствует 0°С.

= k·T Т = = = 273,15 К


Сравнение шкал Цельсия и Кельвина:

hello_html_m3cf6775f.jpg

(1К и 1°С совпадают, поэтому любое значение абсолютной температуры Т будет на 273° выше соответствующей температуры по Цельсию):

Т = t + 273

Дано:

t1 = 21°C Т1 = 294 К

t2 = 234°C Т2 = 507 К

t3 = -17°C Т3 = -17°С + 273 = 256 К


2. Известно, что


= k·T (ΙΙ)

кин = k·T кин = k·T

= кин (Ι)


Из формулы видно:

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул пропорциональна абсолютной температуре.

Вывод: Температура есть мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

3. Известно, что р = пкин – основное уравнение МКТ.

р = пкин = р = п· k·T = пkT

(4) р = пkT Основное уравнение МКТ

что, при одинаковых p и T, n молекул у всех газов одна и та же.


Закон Авогадро (химия-9): в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул.


III. Этап обобщения и систематизации изученного.

Из множества процессов, происходящими с газами, для нас наиболее интересны изопроцессы а все газовые законы, открытые экспериментально легко получить из уравнения Менделеева-Клапейрона.

1). Вспомним (к доске приглашаются учащиеся для устных ответов):

  • Уравнение состояния идеального газа.

  • Изотермический процесс.

  • Изобарный процесс.

  • Изохорный процесс.

  • Закон Дальтона.

2). К доске приглашаются учащиеся для решения задач:

Задача 1.

Газ изотермически сжат от объема V1 = 8 л до объема V2 = 6 л. Давление при этом возросло на ∆p = 4·103 Па. Определите первоначальное давление.


Задача 2.

Электрическая лампа наполнена азотом при давлении p1 = 600 мм рт. ст. Объем лампы V = 500 см3. Какая масса воды войдет в лампу, если под водой у нее отломить кончик при давлении p2 = 760 мм рт. ст?


Задача 3.

Идеальный газ расширяется по закону pV2 = const, где p – давление газа; Vзанимаемый им объем. Найдите первоначальную температуру газа Т1, если при увеличении его объема в 3 раза температура оказалась равной Т2 = 100 К.


Задача 4.

Изобразите на pV- и pT-диаграммах процесс, происходящий с одним молем идеального газа (рис. 4.18).


Задача5.

Аэростат объемом V = 300 м3 наполняется молекулярным водородом при температуре T = 300 К и давлении p = 105 Па. Какое время будет затрачено на наполнение оболочки аэростата, если из баллонов каждую секунду переходит в аэростат ∆m = 25 г водорода?


IV. Этап информации учащихся о домашнем задании и инструктаж по его выполнению.

§4.4; 4.5-4,6 повторить; знать О.К.

А: Упр 10(2-3);

В: Упр 10(9-13); .

5


Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


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

Автор
Дата добавления 06.04.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров397
Номер материала ДБ-012985
Получить свидетельство о публикации
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