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

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 / Другое / Научные работы / Выпускная (дипломная) работа по теме: « Разработка синтезированных лабораторных работ и задач по изучению свойств газов в курсе общей физики (пособие для учителя)»
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: 26 апреля.

Подать заявку на курс
  • Другое

Выпускная (дипломная) работа по теме: « Разработка синтезированных лабораторных работ и задач по изучению свойств газов в курсе общей физики (пособие для учителя)»

библиотека
материалов

hello_html_5d1db4d9.gifhello_html_87992cf.gifМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

факультет математики, информатики и физики

кафедра физики


Выпускная (дипломная) работа

по теме:

« Разработка синтезированных лабораторных работ и задач по изучению свойств газов в курсе общей физики (пособие для учителя)»



Исполнитель: студентка 5 курса 51 группы

очной формы обучения факультета МИиФ

отделения физики Лобова Марина Владимировна


Научный руководитель:

к. ф.- м. наук, доцент Мастропас Зинаида Петровна


Рецензент:

к. ф.- м. наук, доцент Демехина Людмила Алексеевна












г. Ростов-на-Дону

2013г.

Содержание

  1. Введение………………………………………………………. 3

  2. Разработка синтезированных лабораторных работ и задач по изучению свойств газов в курсе общей физики (пособие для учителя).

Глава 1. Статистический и термодинамический методы изучения строения вещества.

1.1. Микроскопические параметры состояния газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории….……………………..4

1.2. Термодинамические параметры и процессы……..……10

1.3. Модель идеального газа и ее использование для описания процессов в газах…………………………………………………...12

1.4. Описание состояния идеального газа…………..………16

1.5. Границы применимости модели идеального газа……..19

Глава 2. Синтезированные задачи и лабораторные работы для изучения свойств идеальных газов.

2.1. Информационные технологии в обучении……………..23

2.2. Основные методические задачи изучения молекулярной физики в средней школе……..……………..……………………...26

2.3. Модель идеального газа в школьном курсе физики…...29

2.4. Синтезированные задачи и лабораторные работы….….32

2.5. Цифровой образовательный ресурс: «Синтезированные лабораторные работы и задачи по изучению свойств газов в курсе общей физики»………………………………………………………37

III. Заключение………………………………………………...……38

Литература…………………………………………………………...39

Приложения………………………………………………………….41




Введение.

Моя дипломная работа представляет собой пособие по организации учебного процесса в школе посредством синтезированных лабораторных работ и задач в изучении темы: «Идеальный газ».

Актуальность работы заключается в том, что в настоящее время широко используется компьютер, а т.к. далеко не во всех школьных кабинетах физики имеется нужное оборудование, это может очень хорошо способствовать учителю на уроке.

Объектом исследования является урок физики.

Предметом исследования являются синтезированные лабораторные работы и задачи в школьном курсе физики по теме: «Идеальные газы».

Цель: рассмотреть методику использования задач. В качестве физического содержания выбраны идеальные газы, т.к. приходится использовать модели и аналогии в большом количестве, а задачи должны отвечать этим моделям. В настоящее время, во многих решебниках задачи составлены формально, в действительности ее решить невозможно. Содержание должно соответствовать своей модели.

Разработок по конкретным темам очень мало. Поэтому мне и захотелось рассмотреть такие задачи. В моей дипломной работе примером будет служить электронный ресурс. В нем я рассмотрю несколько задач и лабораторных работ. Вывод будет рассматриваться как обсуждение графика. В виде контроля выступит тест, он поможет выяснить: насколько учащиеся усвоили тему.

Думаю, мое пособие пригодится как учителю, так и ученику.





Глава 1. Статистический и термодинамический методы изучения строения вещества.

1.1. Микроскопические параметры состояния газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

Движение каждой молекулы тела или системы подчиняется законам классической механики, однако её поведение в каждый момент времени случайно, оно зависит от множества причин, которые невозможно учесть. Например, скорость, энергия, импульс каждой молекулы зависят от столкновений её с другими - молекулами, и предсказать значения этих величин в каждый момент времени невозможно.

С другой стороны, поведение всей совокупности частиц подчиняется определенным закономерностям, которые называют статистическими, и которые проявляются при изучении поведения большого числа частиц. Например, если скорость каждой молекулы в данный момент времени - величина случайная, то большинство молекул имеют скорость, которая близка к некоторому определенному при данных условиях значению, называемому наиболее вероятным.

Математическую основу статистической физики составляет теория вероятностей, важными понятиями которой являются: «случайное событие», «вероятность», «статистическое распределение», «среднее значение случайной величины».

Под случайным, понимают событие, которое может наступить, а может не наступить в данных условиях. Случайное событие характеризуется следующими признаками: а) невозможностью однозначного предсказания случайного события; б) наличием большого числа причин, обуславливающих случайное событие; в) предсказательностью хода процесса в массовом коллективе случайных событий; г) вероятностью события как математического выражения возможности предсказания процесса

Совокупность большого числа молекул, позволяет рассматривать случайные события. В частности невозможно однозначно предсказать движение каждой отдельной молекулы т. к оно зависит от поведения множества других молекул. Это можно сделать с определенной вероятностью.

Вероятность - это числовая характеристика возможности появления события в тех или иных условиях. Чем больше вероятность, тем чаще происходит данное событие. Если N - число всех проведенных испытаний, hello_html_m580d27c9.gif - число испытаний, в которых происходит данное событие, то вероятность этого события вычисляют по формуле:

hello_html_3e2eab02.gif

Можно под N понимать общее число частиц в системе, а под ΔN - число частиц, находящихся в определенном состоянии. В этом случае w - вероятность существования частицы в данном состоянии.

С равновероятными событиями (т.е. события, происходящие с равной частотой) имеют дело при рассмотрении хаотического движения молекул; вдоль любых выделенных направлений движется одинаковое число частиц. Понятие вероятности имеет смысл лишь для массовых событий. Иначе частота наступления события может существенно отличаться от значения вероятности.

При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов, рассматривается равновероятное распределение молекул по объёму и направлениям движения. Речь идёт о максвелловском распределении. При изучении молекулярно-кинетической теории широко используют среднее значение случайных величин. Важно подчеркнуть, что среднее значение случайных величин - характеристика статистического распределения. Именно дня большого числа частиц среднее значение случайной величины постоянно. К таким величинам относится, например, скорость движения молекул. Не имея возможности определить скорость каждой отдельной молекулы, для расчётов используют среднее значение квадрата скорости:

hello_html_m78361db2.gif


Ho

hello_html_5e73e9da.gifhello_html_5e73e9da.gif

или hello_html_m37816fa2.gif, где

hello_html_m37816fa2.gif

hello_html_62eaf644.gif

hello_html_48046765.gif

hello_html_79f90a63.gif


Так как направления движения молекул по трем координатным осям равновероятны, то hello_html_m5a613dc7.gif. Поэтому hello_html_78a88703.gif.

При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов рассчитывают давление газа на стенки сосуда. Речь идёт о среднем значении давления, т.к. в разные моменты времени о стенку ударяется разное число молекул, имеющих различные скорости. Но при большом числе молекул можно считать давление постоянным.

Одним из первых и важных успехов молекулярно-кинетической теории было качественное и количественное объяснение явления газа на стенки сосуда.

Вычислим давление газа на стенку СД сосуда АВСД площадью S — координатной оси ОХ. (см. рис.1). Каждая молекула массой hello_html_m51cf2d3b.gif, подлетающая к стенке сосуда со скоростью v, проекция которой на ось ОХ равна hello_html_m7f636b89.gif, передает стенке при ударе импульс m0vx.

Рис. 1 Давление газа на стенки сосудa


x

A

B

C

O

y

Отскакивая от стенки с той же по модулю скоростью, молекула image1


опять передает стенке импульс moVx. Всего за время столкновения молекула передает стенке импульс 2m0vx.

Молекул много, и каждая из них передает стенке при столкновении такой же импульс.

За секунду они передадут стенке импульс 2 movxz, где z - число столкновений всех молекул со стенкой за это время.

Число z, очевидно, прямо пропорционально концентрации молекул в единице объема hello_html_49d51cb1.gif. Кроме того, число пропорционально скорости молекул vx.

Чем больше эта скорость, тем больше молекул за секунду успеет столкнуться со стенкой. Если бы молекулы "стояли", то столкновений со стенкой не было бы совсем, Число столкновений со стенкой пропорционально площади поверхности стенки S: z~nvxS. Необходимо учесть, что в среднем только половина всех молекул движется к стенке. Другая половина движется в обратную сторону. Поэтому hello_html_2a25735e.gif и полный импульс, переданный стенке за 1 секунду равен:

hello_html_246f710c.gif

Согласно II закону Ньютона, изменение импульса любого тела за единицу времени равно действующей на него силе:

F=m0nvx2S (9)

Но не все молекулы имеют одну и ту же скорость vx. Средняя за 1 секунду сила, действующая на стенку, пропорциональна не hello_html_m2baf89b1.gif, а среднему квадрату скорости hello_html_d15f816.gif. hello_html_47721600.gif т.к. hello_html_m1a73a4d9.gif, то hello_html_14857d6c.gif т.о. давление газа на стенку сосуда равно

hello_html_d39205.gif

Если через hello_html_28d40b0d.gif обозначить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул hello_html_m2d52361e.gif, то основное уравнение МКТ hello_html_m35751ec6.gif, можно записать иначе

hello_html_1ea36af9.gifhello_html_1ea36af9.gif

Давление идеального газа равно hello_html_6a1c94eb.gif энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объёма.

Полученное уравнение МКТ связывает макроскопический параметр состояния газа - давление с микроскопическими характеристиками отдельных молекул газа (массой молекул, средним квадратом скорости движения и концентрацией молекул).

Макроскопические параметры - параметры больших масштабов (масса газа, давление, объём, температура), характеризующие свойства газа как целого.

Микроскопические параметры - параметры малых масштабов (масса молекулы, её скорость, импульс, кинетическая энергия), характеризующие движение отдельных молекул.

Но, измерив только давление газа, мы не можем узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужны измерения ещё какой-то физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул. Такой величиной в физике является температура.

В молекулярно-кинетической теории за меру температуры выбирают среднюю энергию поступательного движения молекул:

hello_html_m1ee8e1f2.gif

Величина Θ называется энергетической (кинетической) температурой и измеряется в джоулях. На практике пользоваться такой единицей температуры неудобно, поэтому ее в системе СИ измеряют в Кельвинах.

Связь между энергической и термодинамической температурами устанавливается с помощью коэффициента k: hello_html_5cf989c5.gif следует, что

hello_html_m439e6723.gif

или hello_html_165a2ae7.gif.

Коэффициент hello_html_m14aa6647.gif называется постоянной Больцмана Одна из фундаментальных физических констант, равная отношению газовой постоянной R к Авогадро постоянной Na и обозначается k; названа в честь австрийского физика Л. Больцмана, входит в ряд важнейших соотношений в физике. [1]

Уравнение средне - кинетической энергии показывает:

  1. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул пропорциональна термодинамической температуре.

  2. Абсолютный нуль температуры - это такое состояние идеального газа, при котором средняя кинетическая энергия теплового движения молекул равна нулю, т.е. прекращается тепловое движение молекул.

  3. Отрицательных температур быть не может, т.к. кинетическая энергия - величина положительная.

  4. Температура является статистической величиной. Понятие температуры не имеет смысла, если число молекул невелико, тем более нельзя говорить о температуре одной молекулы.

Кроме статистического метода существует ещё и термодинамический метод описания явлений и процессов, который опирается на непосредственные данные наблюдений и опытов и на основные термодинамические принципы (законы термодинамики).

Термодинамика - теория, которая изучает явления и свойства макроскопических тел, связанные с превращением энергии, и не рассматривает их внутреннее строение.

В основе термодинамического метода лежат следующие понятия: «термодинамическая система», «термодинамические параметры, (о которых мы упомянули ранее)», «равновесное состояние».

При изучении раздела «Молекулярная физика» необходимо постоянно помнить о единстве статистического и термодинамического методов описания свойств многочастичных систем. [2], [3]















1.2. Термодинамические параметры и процессы.


Термодинамической системой называют тело или совокупность тел, обменивающихся энергией между собой и с внешними телами. Если обмена энергией с внешними телами нет, то система является изолированной. Понятие изолированной системы - абстракция, все реальные системы можно считать изолированными лишь с той или иной степенью точности.

Состояние системы определяется совокупностью величин, характеризующих свойства системы и называемых параметрами состояния.

Термодинамическими параметрами состояния являются температура, объём, давление. Число параметров, характеризующих состояние системы, зависит от свойств системы и от условий, в которых она находится.

Трёх названных выше параметров достаточно для описания изолированной системы «идеальный газ», но если рассматривать, например, неоднородный газ, то необходимо учитывать ещё и концентрацию.

Параметры могут быть внешними и внутренними.

Внешними параметрами системы называются физические величины, зависящие от положения в пространстве и разных свойств тел, которые являются внешними по отношению к данной системе. Например, для газа таким параметром является объём сосуда, в котором находится газ, ибо объём зависит от расположения внешних тел - стенок сосуда.

Внутренними параметрами системы называются физические величины, зависящие как от положения внешних по отношению к системе тел, так и от координат и скоростей частиц, образующих данную систему. Например, внутренними параметрами газа является его давление и энергия. Эти параметры зависят от координат и скоростей движущихся молекул и от плотности газа. Температура также является внутренним параметром т, к зависит от состояния системы.

При изменении состояния системы меняются и её параметры. Однако для целого ряда термодинамических систем между параметрами можно установить функциональную зависимость. Уравнение, выражающее эту зависимость, называют уравнением состояния (для системы идеальный газ). Это уравнение

PV=NkT (14)

Состояние системы может быть равновесным и неравновесным.

Равновесное состояние характеризуется неизменностью всех термодинамических параметров системы во времени и одинаковостью в пространстве в отсутствии внешних воздействий.

Если система находится в неравновесном состоянии (т.е. параметры её с течением времени меняются), то постепенно она придёт в состояние равновесия и её параметры выравниваются во всех частях системы.

Изолированная термодинамическая система с течением времени всегда приходит в равновесное состояние, из которого не может самопроизвольно выйти. Из одного равновесного состояния в другое система может перейти под влиянием внешнего воздействия. Такой переход в термодинамики, называют процессом. Если во время процесса система остаётся равновесной, то и процесс называют равновесным. Равновесный процесс осуществляется тогда, когда время релаксации (время перехода системы из неравновесного состояния в равновесное) много меньше времени осуществления процесса. В этом случае систему в каждый момент считают равновесной. [4]



1.3. Модель идеального газа и ее использование для описания процессов в газах.


Рассмотрение многих вопросов теоретической физики сопряжено со сложным материалом, связанным с мыслительным экспериментом и построением модели. Рассмотрим возможность использования одной из таких моделей - модель идеального газа.

Газ, давление, которого ниже нормального атмосферного давления называется разреженным газом. У разреженного газа расстояние между молекулами во много раз превышает их размеры. В этом случае взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало и кинетическая энергия молекул много больше потенциальной энергии взаимодействия. Молекулы газа можно рассматривать как очень маленькие твёрдые шарики. Тогда вместо реального газа, между молекулами которого действуют сложные силы взаимодействия, мы будем рассматривать физическую модель. Эта модель называется идеальным газом.

Существует два определения идеального газа: термодинамическое и молекулярно-кинетическое. В термодинамике под идеальным газом понимают газ, у которого при изотермическом процессе при постоянной массе давление обратно пропорционально его объёму (или газ, в точности подчиняющийся газовым законам).

С молекулярно-кинетической точки зрения идеальный газ - это газ, в котором молекулы не взаимодействуют друг с другом на расстоянии, но взаимодействие молекул газа происходит только при их столкновении по закону абсолютно упругого удара. Такое определение модели вполне правомерно, т.к. сипы взаимодействия между молекулами газа в десятки миллионов раз меньше, чем в жидкостях и твёрдых телах, т.е. ими можно пренебречь.

Следует иметь в виду, что принятая модель «идеальный газ», работает только тогда, когда газ находится в равновесном состоянии. Если газ находится в неравновесном состоянии, то моделью идеального газа пользоваться нельзя. Это следует из того, что длина свободного пробега молекул газа обратно пропорциональна концентрации и их размеру:

hello_html_44f41db0.gif,

где hello_html_m7b15835.gif- эффективный радиус молекулы; по определению идеального газа эффективный радиус молекулы равен нулю (г0=0), тогда длина свободного пробега молекулы стремится к бесконечности (l = ∞ ) т.е. молекулы газа друг с другом не сталкиваются и равновесное состояние не наступает. Однако газ, находящийся в неравновесном состоянии, будучи предоставлен самому себе, приходит в равновесное состояние в результате столкновения молекул друг с другом, причём, как следует из опыта, в газах тепловое равновесие наступает быстро. Следовательно, при установлении теплового равновесия пренебрегать размерами молекул газа нельзя.

Но после установления теплового равновесия столкновения молекул уже ничего не меняют, поэтому можно считать, что в состоянии теплового равновесия молекулы не имеют размеров и не взаимодействуют.

Модель «идеальный газ» имеет определённые границы применимости, с чем мы познакомимся немного позже.

Экспериментальное исследование свойств газов исторически предшествовало становлению термодинамики как теории и подготовило необходимые опытные данные для ее развития. Важными законами, отражающими общую существенную взаимосвязь между параметрами газа - давлением, объёмом и температурой являются газовые законы. Не всякая связь имеет закономерный характер. Чтобы связь имела статус закона, она должна быть существенной, внутренне необходимой, устойчивой и повторяемой в определённых условиях. Человек не может изменить закон или отменить его. Он может только изменить условия так, чтобы данный закон перестал действовать, но тогда наступит ситуация, в которой проявится действие другого закона.

Законы бывают общими и частными. Пример законов первого типа - закон сохранения и превращения энергии. Частные законы проявляются и действуют в рамках отдельных областей природных явлений, например закон Кулона, закон Гука и мн. др., в области микромира существуют свои специфические закономерности. Частные законы имеют ограниченную сферу действия - определенные границы применимости за пределами которых их использование неправомерно.

Газовый закон связывает параметры двух состояний газа: начального и конечного. Рассмотрим изопроцессы, протекающие при постоянной массе газа. При этом если:

а) не изменяется температура газа, то процесс изотермический, для него справедлив закон Бойля - Мариотта;

б) не изменяется давление то процесс изобарный., описывается законом Гей-Люссака;

в) не изменяется объём, то процесс называется изохорным, для него выполняется закон Шарля.

Изопроцесс- процесс, при котором один из макроскопических параметров состояния данной массы газа, остаётся постоянным. Изопроцесс -это идеализированная модель реального процесса, которая только приближенно отражает действительность.

Так как, в действительности, ни один процесс не может протекать при строго фиксированном значении какого-либо параметра,

Газовые законы были получены при обобщении данных эксперимента

Рассмотрим каждый газовый закон подробнее.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим:

PV=сonst при T=const, m=const (16)

Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется.

Этот закон был экспериментально открыт английским ученым Р.Бойлем (1627-1691) и позже французским ученым Мариоттом (1620-1684).

Закон Бойля-Мариотта справедлив для любых газов, а также и для смесей, например для воздуха. Лишь при давлениях, в сотни раз больше атмосферного, отклонения от этого закона становятся существенными. Изотермическим процессом приближенно можно считать процесс сжатия воздуха компрессором или расширение газа под поршнем насоса при откачке его из сосуда.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют изобарным:

hello_html_5861c5c1.gif= const при P=const, m =const (17)

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется. Этот закон был установлен экспериментально в 1802 французским ученым Ж.Гей-Люссаком (1778-1850) и носит название закон Гей-Люссака.

Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным:

hello_html_m51c099ca.gif= const при V=const, m =const (18)

Для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не меняется.

Этот газовый закон был установлен в 1787 французским физиком Ж-Шарлем (1746-1823) и носит название закона Шарля.

Увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании является изохорным процессом. Изохорный процесс используется в газовых термометрах постоянного объема. [5]




























1.4. Описание состояния идеального газа.


Изучение газовых законов необходимо для того, чтобы увидеть, что при изменении одного из параметров системы изменяются другие параметры. В простейших случаях, когда заданием внешних условий один из параметров газа поддерживается постоянным, зависимости между параметрами находятся опытным путём и выражаются законами Бойля- Мариотта, Гей-Люссака, или Шарля. В природе и технике часто все параметры газа изменяются одновременно. Примером может служить воздух. Поднимаясь в верхние слои атмосферы, воздух расширяется и охлаждается, при этом его давление уменьшается. Газ, сжимаемый в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, нагревается, и давление его увеличивается Т.о., в подобных процессах должна существовать определённая функциональная зависимость между параметрами состояния. Такая зависимость (уравнение состояния) была найдена Б. Клапейроном на основании опытных законов.

Р

Способы получения уравнения состояния для газов из опытных законов сводятся к рассмотрению перехода газа из одного состояния с параметрами P1,V1,T1 в другое состояние с параметрами P2,V2,T2 посредством двух процессов - изотермического и изобарного или изотермического и изохорного. С какого из

0

C:\Users\65B6~1\AppData\Local\Temp\FineReader11\media\image2.jpeg

рис. 2 Переход газа из одного состояния из одного в другое

посредством изобарного и изотермического процессов




двух выбранных процессов начинать описание перехода - не имеет значения. На рисунке 2 показан графический путь перехода газа из состояния I в состояние 2 посредством изобарного и изотермического процессов.

Записываем уравнение соответствующих газовых законов для этих процессов.

Для изображенного на рисунке процесса перехода из состояния 1 в промежуточное состояние А, а затем в состояние 2.

Получаем уравнение: hello_html_mcbc9fd2.gif, которое записываем в виде

hello_html_m599d72ff.gif= const (19)

Полученное уравнение - уравнение Клапейрона. Данное уравнение связывает параметры двух состояний одной и той же массы газа.

Из уравнения р = nkT, с учетом определения концентрации hello_html_49d51cb1.gif, получим PV = NkT, данное выражение уравнение состояния идеального газа.

Общее число молекул N недоступно для прямого измерения. Поэтому рассмотрим 1 моль идеального газа. В нем содержится Na молекул, где Na - постоянная Авагадро. Отношение N/Na есть количество вещества (число молей) v в данной массе газа. С другой стороны количество вещества v=m/М, где m- масса газа, М - масса одного моля.

Следовательно: N/Na = m/M откуда n = hello_html_m70b029ef.gif.

Подставив в формулу n = hello_html_m66e98ecb.gifNa формулу PV = nkT. PV = hello_html_m66e98ecb.gif NakT

Произведение Nak = R = 8,31 Дж/моль К называется универсальной газовой постоянной.

Т. о., hello_html_m51728f69.gif - уравнение Менделеева - Клапейрона.

Уравнение состояния в данной форме впервые получено русским ученым Д.И. Менделеевым, поэтому его называют уравнением Менделеева - Клапейрона Данное уравнение связывает все три макроскопических параметра р, V, Т, характеризующие состояние данной массы достаточно разреженного газа. Единственная величина в этом уравнении, зависящая от рода газа - это его молярная масса. Знать уравнение состояния необходимо при исследований тепловых явлений. Оно позволяет определить одну из величин, характеризующих состояние, например температуру, если известны две другие величины. Зная уравнение состояния, можно сказать, как протекают в системе различные процессы при определённых внешних условиях, например как будет меняться давление газа, если увеличится его объём при неизменной температуре, и т.д. Необходимо четко понимать, что частные газовые законы и уравнение состояния Клапейрона связывают параметры двух состояний газа, а уравнение Менделеева-Клапейрона устанавливает связь между параметрами газа в одном и том же состоянии.

Данные уравнения применимы только для идеализированной модели газа, нам нужно найти уравнение состояния газа, которое более полно, чем уравнение Менделеева-Клапейрона, учитывало бы действительные свойства молекул. [6]
















1.5. Границы применимости модели идеального газа.


Часто можно встретить определение идеального газа как газа, состоящего из атомов, размерами которых можно пренебречь. Но если молекулы идеального газа представлять материальными точками, то придется учесть невозможность столкновения их друг с другом. Это значит, что их скорости с течением времени должны оставаться неизменными. Но, как свидетельствуют опытные факты, в газе весьма быстро устанавливается состояние теплового равновесия, что невозможно в отсутствие столкновений. Кроме этого, представление о молекуле газа как о непротяженной в пространстве частице является неудовлетворительным и с философской точки зрения.

Таким образом, обязательно необходимо подчеркнуть, что в идеальном газе можно пренебречь только силами притяжения между молекулами, представляя, что эти молекулы имеют конечные малые размеры, а силы отталкивания между молекулами должны быть учтены. Поэтому ограниченность использования модели идеального газа должна быть определена как с точки зрения пренебрежения силами отталкивания, так и с точки зрения пренебрежения силами притяжения.

Вместо модели идеального газа мы воспользовались более общей моделью, учитывающей силы отталкивания. При построении такой модели уравнение состояния идеального газа P=nkT можно заменить уравнение

hello_html_m7f600641.gif, где b – “запрещённый” объём, пропорциональный общему числу молекул и эффективному диаметру каждой молекулы.

Пренебрегая объёмом реальных молекул, мы допускаем относительную погрешность, которая может быть определена по формуле:

hello_html_4a883f2e.gif

При нормальных условиях эта ошибка составляет для систем, как кислород и водород, примерно 0,1 -0,2%.

При увеличении давления, например, до 100 атмосфер, ошибка увеличивается до 15-20%. Т.о., можно обсуждать границы применимости модели идеального газа, обусловленные короткодействующими силами. [7]

Так же можно определить такие границы с точки зрения сил притяжения. В случае постоянной массы газа условие применимости модели идеального газа сводится к требованию отсутствия в системе процессов конденсации.

Рассматривая силы, действующие на отдельную молекулу, мы пренебрегаем влиянием практически всех удаленных молекул (т.к. это влияние быстро убывает с увеличением расстояния F ~hello_html_375ed4b0.gif). Основной вклад в действующую силу вносят, т. о. лишь те молекулы, которые находятся в ограниченном объёме вблизи стенки сосуда, к которой подлетает исследуемая молекула. Можно рассчитать уменьшение давления, которое обусловлено притяжением этих молекул. Оказывается, что такая поправка на притяжение молекул зависит только от объёма Р=hello_html_7cb735f5.gif. Ecли пренебречь силами молекулярного притяжения, то погрешность определится следующим образом: hello_html_70542cf2.gif . Таким образом, отклонение параметров реального газа от модели идеального газа будет тем сильнее, чем меньше температура и объём газа. Если объединить два обсуждаемых нами уравнения, то можно записать и известное уравнение Ван-дер-Ваальса для реального газа.

Не следует исключать из рассмотрения случай, когда в системе возможна конденсация, т.е. в случае, когда число частиц в газе не является постоянным. Вдали от критической температуры параметры насыщенного пара вполне согласуются с уравнением Менделеева-Клапейрона:

hello_html_6b15712a.gif( ρ - плотность газа).

Если проанализировать экспериментальные данные параметров насыщенного водяного пара в широком интервале температур и изменения концентрации, то можно сделать вывод, что в таких условиях модель идеального газа вполне приемлема, при условии, что число частиц в газе переменно.

Т.к. большинство задач, связанных с описанием процессов в идеальном газе, решаются при условии постоянства массы газа, то складывается представление о том, что уравнение Менделеева-Клапейрона справедливо в случае неизменности массы газа. [8]

Если система однофазная, то плотность и температура могут выбираться независимо друг от друга, В двухфазной системе (насыщенный пар - жидкость) плотность пара уже зависит от температуры и не может быть задана независимо от неё, т.к. на систему накладывается условие необходимости динамического равновесия. Давление насыщенного пара в случае двухфазной системы определяется только температурой. Т.о.> вдали от критической температуры и насыщенный пар и газ, находящийся над поверхностью жидкости, подчиняется условию Менделеева-Клапейрона. Формулу относительной погрешности hello_html_70542cf2.gif для определения границ применимости модели идеального газа нельзя использовать, если в системе произошла конденсация.

Классические законы оказываются неприменимыми для описания термодинамических характеристик системы, если вещество при уменьшении температуры проявляет квантовые свойства. Поэтому применение модели идеального газа ограниченно существованием определенной для каждого вещества температурой вырождения.

При изучении явлений в природе и технике практически невозможно учесть все факторы, влияющие на ход того или иного явления. Однако из опыта всегда можно установить важнейший из них. Тогда всеми другими факторами, не имеющим решающего влияния на ход явления, можно пренебречь. На этой основе создается идеализированное (упрощенное) представление о таком явлении. Затем теоретически изучают ход явления в идеальных условиях, т.е. при действии только важнейших факторов. Созданная на этой основе модель явления помогает изучать реально происходящие процессы и предвидеть их ход в различных ситуациях. Мы рассмотрели одно из таких идеализированных понятий. Это понятие идеального газа. Изучение свойств идеального газа позволило сделать ряд теоретических выводов, углубляющих наши представления о явлениях природы. [9]
















Глава 2. Синтезированные задачи и лабораторные работы для изучения свойств идеальных газов.

2.1. Информационные технологии в обучении.


В настоящее время в процессе обучения физике активно используют персональный компьютер. Существуют, по крайней мере, три причины происходящего. Во-первых, общий процесс компьютеризации всех сфер деятельности затронул и обучение, и компьютер стал помощником учителя и учащихся на различных уроках. Во-вторых, компьютер стал очень распространенным инструментом физика-исследователя, что наряду с физикой теоретической и экспериментальной выделяют новый раздел - компьютерную физику. Третья причина - школьный курс информатики нуждается в поддержке со стороны курса физики, когда речь заходит об устройстве компьютера, принципах функционирования отдельных его элементов, и, в свою очередь, обеспечивает курс физики материалом, который вызывает большой интерес учащихся. Если в кабинете физики есть хотя бы один компьютер при условии, что он снабжен большим экраном, позволяет использовать этот компьютер в основном для иллюстраций объяснения нового материала. Это происходит в виде презентаций. Кроме того, этот компьютер может быть включен в состав установки для демонстрационного эксперимента. Когда в кабинете физики имеются два-три компьютера можно организовать индивидуальный компьютерный опрос учащихся, предоставить некоторым из них возможность поработать с компьютерными тренажерами. В настоящее время существует множество компьютерных программ, благодаря которым можно получить информацию о знаниях учащихся, проводить лабораторные работы. [10]

Фронтальная работа учащихся за компьютером может быть обеспечена при проведении урока физики в дисплейном классе. В зависимости от возможностей школы класс либо разбивают на две подгруппы, либо за одним компьютером работают двое учащихся.

В результате компьютер оказывается в курсе физики в роли и средства обучения, и предмета изучения.

В качестве средства обучения компьютер может выступать помощником и учителя, и учащегося. Для учителя он - автоматизированный классный журнал, средство проведения опросов и обработки результатов обучения, инструмент для подготовки к урокам и для проведения демонстраций. Для учащегося - средство выполнения заданий, для обоих - инструмент моделирования реального мира.

В качестве предмета изучения компьютер используется в двух направлениях: в связи с изучением методов исследования в современном естествознании и в связи с изучением физических законов и явлений. [11]

В частности, у учащихся следует создать представление о том, что основными направлениями использования компьютера в физике-науке является компьютерное моделирование физических явлений и работа компьютера в соединении с экспериментальными установками, где он выполняет две задачи - служит для фиксации экспериментальных данных, которые он может производить со скоростью и в объемах, совершенно недоступных при работе на некомпьютеризированной установке, автоматизирует управление экспериментом. Кроме того, компьютер используется для обработки экспериментальных данных, хранения и быстрого поиска огромных массивов информации, как средство коммуникации. Сопряжение компьютера с экспериментальной установкой позволяет значительно усовершенствовать физический эксперимент. Например, при нагревании идеального газа постоянной массы получена зависимость р (T) при переходе из одного состояния в другое. Как при этом переходе менялась плотность газа? Вся рутинная работа по вычерчиванию графика выполняется компьютером, а точнее приложением Excel из пакета MS Office.

Использование персонального компьютера на уроках и во внеурочное время позволяет познакомить учащихся со всеми этими направлениями.

Персональный компьютер и соответствующие педагогические программные средства обучения физике не заменяют традиционные средства обучения, а дополняют их и вместе с ними образуют систему средств обучения, ориентированную на использование новых информационных технологий, применение которых создает условия обучения физике в учебно-информационной среде.

Программное обеспечение курса физики ориентировано, во-первых, на поддержку изучения курса (изучение теоретических вопросов, выработка умений решения физических задач и т.п.), во-вторых, на обеспечение управления учебным процессом, автоматизацию контроля, в-третьих, на поддержку учебного физического эксперимента (обработка информации, поступающей от датчиков физических величин, обеспечение работы управляющих элементов), в-четвертых, на работу с информационно-поисковыми системами. [12]

К средствам, поддерживающим физический эксперимент, относят также компьютерные модели, демонстрирующие физические явления. Это облегчает учащимся изучение явлений, реализация которых в условиях школы затруднена или невозможна (например, эксперименты по ядерной или квантовой физике).

Готовя программное обеспечение и средства обучения для каждого урока или темы, необходимо стремиться к тому, чтобы ЭВМ выполняла ту работу, которую с помощью других средств обучения выполнять нецелесообразно. На уроках физики пока не обойтись без традиционных учебно-наглядных пособий - демонстрационных таблиц, плакатов (например, демонстрационные таблицы и плакаты по разделу «Физика атомного ядра»), диапозитивов, диафильмов (например, диафильм «Виды разрядов в газах»), транспарантов (например, набор транспарантов «Механические колебания и волны»).

Применение современного программного обеспечения позволяет учащимся прогнозировать развитие процессов и осуществлять с помощью компьютера проверку достоверности прогноза. Становится возможна автоматизация школьного физического эксперимента; проведение на исследовательском уровне лабораторных и демонстрационных экспериментов; изучение развития процессов, протекающих в природе.





















2.2. Основные методические задачи изучения молекулярной

физики в средней школе.


В разделе «Молекулярная физика» учащиеся изучают поведение качественно нового материального объекта: системы, состоящей из большого числа частиц (молекул и атомов), новую присущую именно этому объекту форму движения (тепловую) соответствующий ей вид энергии (внутреннюю). Здесь учащихся впервые знакомят со статистическими закономерностями, которые используют для описания поведения большого числа частиц. Формирование статистических представлений позволяет понять смысл необратимости тепловых процессов. Именно необратимость является отличительным свойством тепловых процессов, позволяет говорить о тепловом равновесии, температуре, понять принцип работы тепловых машин. [13]

Задача учителя - рассмотреть в единстве два метода описания тепловых явлений и процессов; термодинамический (феноменологический), основанный на понятии энергии, и статистический, основанный на молекулярно-кинетических представлениях о строении вещества. При рассмотрении статистического и термодинамического методов необходимо четко разграничить знания, полученные эмпирически; и знания, полученные в результате моделирования внутреннего строения вещества и происходящих с ним явлений и процессов.

Важно показать, что эти два подхода по сути, описывают с разных точек зрения состояние одного и того же объекта и потому дополняют друг друга. В связи с этим формируя такие понятия, как температура, внутренняя энергия, идеальный газ учитель должен раскрыть их содержание как с термодинамической, так и с молекулярно-кинетической точки зрения.

Многие вопросы из молекулярной физики рассматривались в базовом курсе, но это было только первоначальное знакомство с этим разделом курса физики. Изучая физику в базовом курсе, учащиеся научились объяснять целый ряд физических явлений, достоинств веществ (свойства жидкостей и газов, давление, тепловые явления и пр.) с точки зрения внутренней структуры вещества. Однако понятия, составляющие содержание соответствующих тем, изучали на уровне представлений, а все явления описывали, в основном, качественно. Поэтому, при преподавании молекулярной физики в старших классах, знания, имеющиеся у учащихся, нужно актуализировать, углубить и расширить, довести их до уровня понятий и количественного описания явлений, В частности, в курсе физики старших классов изучают основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов; значительно глубже, в курсе физики основной школы, рассматривают свойства газов, жидкостей и твердых тел.

В разделе получают дальнейшее развитие энергетические представления, происходит обобщение закона сохранения энергии на тепловые процессы, вводится формула первого закона термодинамики и рассматриваются применения этого закона к анализу конкретных процессов. Изучение одного из основных принципов термодинамики имеет огромное познавательное и мировоззренческое значение для старшеклассников. [14]

Раздел «молекулярная физика» можно построить по-разному в зависимости от принятых исходных позиций.

Молекулярно-кинетическая теория опирается на следующие понятия: «молекула», «температура», «объём», «давление» и многие др.

С первоначальными сведениями о строении вещества учащиеся знакомятся в VII классе. Они узнают, что вещество состоит из молекул, которые непрерывно и хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом. Столь раннее введение микроструктурных представлений о строении вещества позволяет рассматривать многие явления и объяснять их внутренний механизм. Весьма важным элементом знаний, является знание о связи скорости движения молекул с температурой тела. В этом же классе учащиеся узнают о взаимном притяжении и отталкивании молекул. Основные знания в теме учитель не должен давать в готовом виде, а, умело, создавая проблемные ситуации с помощью эксперимента побуждать учащихся: искать пути решения проблемы, разрабатывать планировать и проводить эксперимент с целью проверки высказанных гипотез, анализировать его результаты. В этом случае учащиеся осваивают эмпирический метод познания. Понятия «массы», «давление газа» учащиеся узнают также в VII классе. Газообразное строение вещества рассматривается поэтапно. В 7 классе рассматриваются внешние признаки газа, в 8 классе понятие газообразного состояния вещества углубляется и рассматривается на молекулярно-кинетическом уровне. Изучение темы «Основные положения молекулярно-кинетической теории» необходимо строить с опорой на знания учащихся, полученные ими при изучении курса физики VII и VIII классов и курса химии VII] и IX классов. Центральное понятие этой темы - понятие молекулы; сложность усвоения школьниками связана с тем, что молекула - объект, непосредственно не наблюдаемый. Поэтому учитель должен убедить десятиклассников в реальности микромира, в возможности его познания.

Вопрос о взаимодействии молекул школьники уже изучали в VII классе. В X классе знания по этому вопросу углубляются и расширяются. Необходимо подчеркнуть следующие моменты: а) межмолекулярное взаимодействие характеризуется силами притяжения и отталкивания; б) силы межмолекулярного взаимодействия действуют на расстояниях, не больших 2-3 диаметров молекул; в) по мере уменьшения расстояния между молекулами силы взаимодействия увеличиваются, причем сила отталкивания растет быстрее, чем сила притяжения. Поэтому при уменьшении расстояния между молекулами сначала преобладает сила притяжения, затем при некотором расстоянии сила притяжения равна силе отталкивания и при дальнейшем сближении преобладает сила отталкивания.

Внимание десятиклассников обращают на то, что состоянию устойчивого равновесия взаимодействующих частиц соответствует равенство нулю равнодействующих сил взаимодействия и наименьшее значение их взаимной потенциальной энергии.

Если кинетическая энергия теплового движения молекул много больше потенциальной энергии их взаимодействия, то движение частиц полностью беспорядочно и вещества существует в газообразном состоянии. [15]




















2.3. Модель идеального газа в школьном курсе физики.

По программе общеобразовательной средней школы с понятием идеальный газ учащиеся впервые знакомятся в старших классах. Предшествует этому знакомству обобщенное понятие модели. Постепенно приступают к введению физической модели разреженного газа. В зависимости от выбранной последовательности изучения материала десятиклассникам дают либо термодинамическое определение понятия идеального газа, либо молекулярно-кинетическое.

Если сначала изучают экспериментальные газовые законы, го вводят термодинамическое понятие идеального газа, т.к. возникает необходимость показать границы их применимости. Молекулярно-кинетическое понятие идеального газа целесообразно рассмотреть сразу же после введения термодинамического определения. Это можно сделать, т.к. раздел начинают с темы "Основы молекулярно-кинетической теории" и учащиеся владеют необходимыми знаниями, при таком подходе и проявляется единство феноменологического и статистического методов изучения явлений и обеспечивается лучшее понимание сущности.

Если принят дедуктивный подход к изучению газовых законов, то выводу основного уравнения МКТ газов предшествует построение модели идеального газа. В дальнейшем при выводе частных газовых законов обсуждают границы их применимости. [16]

Важно обратить внимание школьников на признаки понятия идеального газа, па границы его применимости и на непротиворечивость термодинамического и молекулярно-кинетического толкования модели.

Выводу основного уравнения МКТ газов должно предшествовать изучение таких понятий, как давление газа в МКТ и средний квадрат скорости теплового движения молекул. Изучение этих вопросов позволяет подготовить учащихся к восприятию выводов основного уравнения МКТ.

Вывод основного уравнения кинетической теории газов является самым сложным материалом раздела «Молекулярная физика» , поэтому необходимо тщательно разъяснить учащимся последовательность рассуждения при выводе и по возможности широко использовать средства наглядности.

В методической литературе приведено несколько возможных вариантов вывода основного уравнения МКТ, каждый из которых может быть использован в школьном преподавании. Принципы, положенные в основу всех подходов, в сущности, одинаковы: в каждом случае рассматривают изменение импульса стенки, с которой сталкиваются молекулы, и вычисляют силу, действующую на эту стенку. Различие заключается в мысленном эксперименте, из которого исходят авторы; в одном случае - газ помещен в прямоугольный сосуд с подвижной стенкой, в другом - в сосуд, разделенный пористой перегородкой на две части, в третьем - сферический сосуд.

Закрепление основного уравнения МКТ целесообразно организовать при решении задач.

Для того чтобы развивать интересы учащихся к изучаемому материалу, поддерживать активность на уроках, необходимо разнообразить формы их проведения. В последнее время все большую популярность в современном учебном процессе завоевывает деловая игра Существенными признаками деловой игры, в отличие от других форм обучения, являются:

1. Имитация в игре реального процесса с помощью модели.

2. Распределение ролей между участниками игры, их взаимодействие друг с другом.

3. Наличие общей игровой цели всего коллектива на фоне которой развиваются частные конфликты и противоречия участников игры.

4. Реализация «цепочка решений», каждая из которых зависит от предыдущего, а также от решений, принимаемых другими участниками игры.

5. Использование гибкого масштаба времени.

6. Применение системы оценки результатов каждого участника игры и игровых коллективов и системы стимулирования.

Деловая игра как средство обучения позволяет разрешить такие важные для процесса обучения проблемы, как:

1. Мотивация обучения - учащимися осознается личностная значимость обучения, у них возникает потребность в получении и расширении своих знаний.

2. Значительно улучшается результативность обучения - знания становятся действенными, человек умеет их применять в жизненных профессиональных условиях.























2.4. Синтезированные задачи и лабораторные работы.


В последнее время роль процесса решения задач в овладении умениями и навыками как познавательного, так и практического характера признается всеми. Однако налицо казалось бы парадоксальная ситуация: в большинстве учебных заведений решению появилось достаточное количество методической литературы, посвященной проблемам обучения решению физических задач. Исключительная физических задач уделяется довольно много времени и внимания, а практический результат такой работы оказывается неудовлетворительным. Возникает проблема выбора наиболее оптимальной методики проведения уроков, посвященных решению задач.

Как известно, алгоритмический и эвристический подходы к решению задач, как основные, в чистом виде являются крайностями, а большую ценность представляют методики, основанные на разумном их сочетании. При этом учащиеся вместе с учителем участвуют в разработке обобщенных приемов решения физических задач, так или иначе требующих и определенного генезиса физических идей. Осуществление дифференцированного подхода к обучению в процессе решения задач, особенно если это не уроки-тренинги, осложняется необходимостью организации коллективного труда (учитель показывает решение типовых задач для всех, руководит составлением алгоритма решения, требует у класса подсказки очередных действий и т.д.). При этом у учащихся нет необходимости в самостоятельном мышлении. А познавательные интересы появляются и подкрепляются только в процессе самостоятельной работы, на первом этапе, возможно, вынужденной.

Обеспечить участие всех учащихся в работе по овладению навыками решения задач помогает использование синтезированных задач. Использование этой формы плавно переводит класс сначала на полуколлективную, а затем и на чисто индивидуальную работу, в результате внешняя мотивация мышления перерастает в мотивацию внутреннюю.

Особенно эффективно синтезированные задачи могут быть использованы на этапах первичного закрепления учебного материала, при этом работа значительным образом упрощается, если учитель физики имеет доступ в компьютерный класс. При выполнении исследования может быть организована индивидуальная, групповая, коллективная экспериментально-исследовательская деятельность. Например, исследуя зависимость между объемом V и давлением р предоставляют группам обучаемых возможность, изменяя V, m , визуализировать на экране дисплея диаграмму, характеризующую изменение такого цикла . Каждая группа получает варианты задачи, отличающиеся только значениями объема и массы. При этом, обучаемый самостоятельно приходит к выводам о зависимости вида графика давления от массы.

Что же представляет собой синтезированная задача? Перед решением подобных задач класс может быть разбит на несколько исследовательских групп (по количеству решаемых вопросов). При этом весь класс получает одинаковый текст задачи с параметрами в общем виде. Внутренние варианты задачи в самом простейшем случае отличаются друг от друга одним-двумя данными. Каждый учащийся из предложенной ему таблицы выбирает для работы свои параметры . Правила выбора устанавливаются заранее (например, по номеру в списке классного журнала). По мере выполнения расчетов таблица заполняется полностью.

Для внесения в таблицу неизвестной величины учащимся отводится определенное время, которое становится временем самостоятельной работы.

В общем случае внутренние варианты могут отличаться не только численными значениями одной и той же величины, но и иметь переходы между величинами. При этом учитель может выработать дидактическую систему задач, которая будет предусматривать постепенное нарастание сложности заданий и самостоятельности учащихся.

Особая ценность синтезированных задач состоит в том, что можно составлять задачи, расчетные данные которых могут быть использованы для построения графика зависимости физических величин друг от друга и предоставляют возможности анализа этих зависимостей.

По синтезированному графику легко обнаружить ошибки отдельных учащихся. При этом, в зависимости от сложности заданий, подобную работу учащиеся могут выполнять и в качестве домашнего задания. Комплект синтезированных задач по той или иной теме школьного курса физики может играть роль своеобразного опорного конспекта для учащихся.

Использование такой методики решения задач повышает уровень самостоятельности учащихся, ответственность за работу перед коллективом, обеспечивает внутреннюю мотивацию процесса обучения. [17]

В конце занятия учащиеся могут быть оценены. Предлагаемая система оценивания: задание 1-5 баллов; задание 2(пункты 1-3) - 6 баллов; задание 2(пункт 4) - 2 балла; вывод - 2 балла. Критерии оценивания (баллы в сумме):

15-14 баллов - «5», 13-11 баллов - «4», 10-8 баллов - «3».

1. Пример синтезированной задачи:

В цилиндре под поршнем находится m газа. Газ бесконечно медленно переводится из состояния с объемом hello_html_3b3976c8.gif и давлением hello_html_12999556.gif в состояние с объемом hello_html_47a4975e.gif и давлением hello_html_6e0474c0.gif. Какой наибольшей температуры достигает газ при этом процессе, если на графике зависимости давления газа от объема процесс изображается прямой линией. Нарисовать график зависимости hello_html_4afd9b8d.gif. [25]

m, кг

0,02

V1, м3

3

M, кг/моль

0,04

V2, м3

5

R, Дж/кг*моль

8,31

p1, кПа

10



p2, кПа

30

Дано:





Т.к. зависимость hello_html_48d0b4ef.gif - линейная, то hello_html_75196031.gif.

hello_html_19115c2a.gif(22)


hello_html_m5e814c86.gif


hello_html_2403c08e.gif


hello_html_m337eca22.gif

hello_html_22130a0b.gif

Исследуем зависимость на экстремум:

hello_html_m974b03e.gif

hello_html_7c69024e.gif

hello_html_33cd5eb8.gif


hello_html_m342bee6d.gif


hello_html_m56761d74.gif

График зависимости Т(V) (см. в приложении 1).

2. Лабораторная работа «Теплоемкость идеального газа при постоянном объеме»:

Описание: Снимите данные (Р1, Р2, Т1, U1, U2) с двух произвольных точек процесса (точка 1 и точка 2). Определите изменение температуры по полученным данным и сравните ее с результатами модели. Найти теплоемкость идеального газа при постоянном объеме.

Рис.3. Теплоемкость идеального газа при постоянном объеме

49.jpg


В этой лабораторной работе можно менять данные и получать различные результаты. Эту работу можно использовать как синтезированную, для этого каждый ученик рассчитывает координаты точки графика.



Цифровой образовательный ресурс

«Синтезированные лабораторные работы и задачи по изучению свойств газов в школьном курсе физики ».


ЦОР - учебные материалы, предоставленные в цифровой форме.

Задачи ЦОР – помощь учителю при подготовке урока; в помощи учителю при проведении урока; в помощи учащимся при подготовке домашнего задания.

ЦОР « синтезированные лабораторные работы и задачи по изучению свойств газов в школьном курсе физики » состоит из одной синтезированной задачи и лабораторной работы. Также, сюда входит тест на закрепление полученных знаний на уроке физики по теме « законы идеального газа ».

Тест можно использовать отдельно, а сам ЦОР - как фрагмент урока.

Думаю, это электронное пособие послужит учителю на уроке физики.

Скриншот ЦОР можно посмотреть в приложении 2.















Заключение.


Мною был проведен анализ научно-методической литературы и требований по разработке синтезированных лабораторных работ и задач.

В результате проделанной работы был разработан ЦОР «Синтезированные лабораторные работы и задачи по изучению свойств газов в курсе общей физики». Состоит он из нескольких примеров таких задач и работ, которые могут проводить учитель на уроке физики.

Под самостоятельной работой учащихся следует принять тест, после проверки которого, они смогут узнать, насколько усвоили тему. Также, тест можно использовать как домашнее задание, а сам ЦОР - как фрагмент урока.

Ожидаемый образовательный результат:

  • успешная самореализация школьников в учебной деятельности;

  • помощь учителю физики на уроке;

  • опыт работы в коллективе (группе);

  • умение применять такие компьютерные программы, как MS Office Excel, Word, ЦОР «Открытая физика» и др.














Литература.


  1. Анненкова B.C. Уравнение состояния идеального газа. Физика, 2000.

  2. Бутиков Е.И. Физика для поступающих в ВУЗы: Учебное пособие - 2-е изд., испр. - М.: Наука 1982 - 608 с.

  3. Детлаф А. А., Яворский Б.М. Курс физики: Учебное пособие для втузов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1999 — 718 с,

  4. Жданов Л.С. Физика для средних специальных учебных заведений: Учебник. - 4-е изд.. испр, - М.: Наука 1984 - 512 с.

  5. Зверева Н, М. Приобщение учащихся к процессу познания, Физика в школе, 2002 .

  6. Изюмов И. А. «Уравнение состояния идеального газа» в 10 кл. // Физика в школе. - № 3, 1998.

  7. Каменецкий С.Е., Солодухин Н.А. Модели и аналогии в курсе физики средней школы: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1992. - 96с.

  8. Курбанов Б.К. О понятии закона / Физика в школе. -№ 2, 2000,

  9. Мастропае 3. П., Синдеев Ю.Г. Физика: Методика и практика преподавания серия «Книга для учителя»,- Ростов н/Д: Феникс, 2002,- 288с,

  10. Методика преподавания физики в средней школе: Частные вопросы: Учеб. Пособие для студентов пед, ин-тов по физ.-мат. спец. \ Анофриков С. В. и др.; Под ред. Каменецкого С.Б. - М.6 Просвещение, 1997.-336с.

  11. Свитков Л .П. Изучение термодинамики и молекулярной физики. Пособие дня учителей. М., «Просвещение».

  12. Савельев И, В, Курс общей физики, Молекулярная физика: Учебное пособие, - 2-е изд., перераб, - М.: Наука, 1982 - 432 с.

  13. Справочник по физике для школьников и абитуриентов. - М.: Издательство «Олимп», Издательство «АТС», - 2001.

  14. Теория и методика обучения физике в школе. Частные вопросы. Под ред. Каменецкого С.Е. М.: Академия, 2000.

  15. Трофимова Т.П. «Курс физики», Москва, Высшая школа, 2001.

  16. Кашина С. И., Сезонов Ю. И. Сборник задач по физике. — М.: «Высшая школа», 1983.

  17. Бутиков Е. И., Быков А. А., Кондратьев А. С. Физика в примерах и задачах. Учебное пособие.- 4-е изд., стереотипное. – СПб.: Издательство «Лань», 1999.-464с.

















Приложение 1.

a =

p1-p2

h=

10

V1-V2

b =

p2V1-p1V2

h=

-20

V1-V2

График к синтезированной задаче:

V

T

0

0

1

-2,40674

2

0

3

7,220217

4

19,25391

5

36,10108

6

57,76173




Vmax

h=

1




Tmax

h=

-2,40674












Приложение 2.

Безымянный8Безымянный7




















Безымянный13Безымянный12





















Безымянный11


Автор
Дата добавления 29.03.2016
Раздел Другое
Подраздел Научные работы
Просмотров550
Номер материала ДВ-565472
Получить свидетельство о публикации

"Инфоурок" приглашает всех педагогов и детей к участию в самой массовой интернет-олимпиаде «Весна 2017» с рекордно низкой оплатой за одного ученика - всего 45 рублей

В олимпиадах "Инфоурок" лучшие условия для учителей и учеников:

1. невероятно низкий размер орг.взноса — всего 58 рублей, из которых 13 рублей остаётся учителю на компенсацию расходов;
2. подходящие по сложности для большинства учеников задания;
3. призовой фонд 1.000.000 рублей для самых активных учителей;
4. официальные наградные документы для учителей бесплатно(от организатора - ООО "Инфоурок" - имеющего образовательную лицензию и свидетельство СМИ) - при участии от 10 учеников
5. бесплатный доступ ко всем видеоурокам проекта "Инфоурок";
6. легко подать заявку, не нужно отправлять ответы в бумажном виде;
7. родителям всех учеников - благодарственные письма от «Инфоурок».
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://infourok.ru/konkurs


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


Идёт приём заявок на международный конкурс по математике "Весенний марафон" для учеников 1-11 классов и дошкольников

Уникальность конкурса в преимуществах для учителей и учеников:

1. Задания подходят для учеников с любым уровнем знаний;
2. Бесплатные наградные документы для учителей;
3. Невероятно низкий орг.взнос - всего 38 рублей;
4. Публикация рейтинга классов по итогам конкурса;
и многое другое...

Подайте заявку сейчас - https://urokimatematiki.ru

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