Тема урока: "Газовые законы"

Цели урока : изучить изопроцессы (история открытия, графики изопроцессов, математическую запись законов и объяснение их с точки зрения МКТ);

Задачи:

Образовательные: изучить газовые законы; формировать умение объяснять законы с молекулярной точки зрения; изображать графики процессов; начать обучение учащихся решать графические и аналитические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы;

Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса учащихся; в целях интернационального воспитания ,продолжить формирование стремления к глубокому усвоения теоретических знаний через решение задач.

Развивающие: активизация мыслительной деятельности ,формирование алгоритмического мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить; научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач.

Оборудование: интерактивная доска, презентация к урок, компьютер, стеклянная колба, 2 стеклянные трубки, пластилин, резиновая трубка, стакан с водой, термометр, манометр

Приёмы и методы:  сообщение учителя, беседа, построение графиков, демонстрация опытов, решение задач.

Демонстрации: зависимость давления газа от объёма при постоянной температуре, зависимость объёма газа от температуры при постоянном давлении ,зависимость давления газа от температуры при постоянном объёме .

ХОД УРОКА

1. Начало урока (организация работы) Подготовка класса к уроку.
2. Подготовка к изучению нового материала:

(Постановка проблемы)

Но при любых ли процессах все эти параметры изменяются?

Давайте рассмотрим несколько примеров. Возьмем любой аэрозоль.

Какой параметр здесь постоянен? ( объем не изменяется).

А если мы деформируем его и объем изменим, но внешних условий менять не будем? ( при деформации объем уменьшится, давление внутри возрастет, а температура останется постоянной).

А если стенки сосуда сделать настолько тонкими, чтобы они могли растягиваться и рассмотреть процесс при повышении температуры? ( объем растет с повышением температуры, а давление внутри сосуда равно внешнему давлению и постоянно).

Решение проблемы (объяснение)

Теперь мы знаем, что существуют процессы, при которых отдельные макроскопические параметры сохраняются.

Изопроцессы –
процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров
“изо” – постоянство, при m = const

Теперь рассмотрим каждый из представленных процессов подробнее и попытаемся установить для каждого из них связь между Т, р и V.

Изучение нового материала

Уравнение состояния идеального газа, позволяет описать поведение идеального газа при любых изменениях параметров p, V, m, и Т.

До создания МКТ идеального газа свойства газов изучались экспериментально, были открыты законы поведения газов, которые легко можно вывести непосредственно из основного уравнения МКТ идеального газа. Когда в газе происходят какие-либо процессы, то обычно изменяются все три параметра: p, V, и Т.

Рассмотрим процессы, которые протекают при изменении только двух параметров, а третий остается постоянным. Эти процессы получили название изопроцессов (от греческого “изос” – равный, одинаковый).

Уравнения состояния газа для них легко получить из уравнения Клапейрона-Менделеева, положив один из параметров равным постоянной величине.

1.Если в уравнении состояния  или уравнение Клапейрона-Менделеева  считать Т=const, то вся его правая часть будет величиной постоянной:  .

Полученная формула выражает закон, установленный опытным путем в 1662г. английским ученым Р.Бойлем и в 1667г. независимо от него французским физиком Э.Мариотта: 

Для данной массы газа при постоянной температуре произведение объема газа на соответствующее ему давление есть величина постоянная.

Данный процесс, протекающих при постоянной температуре, называют изотермическим. Закон Бойля – Мариотта можно проверить экспериментально.

Опыт. Медленно изменяя объем воздуха в цилиндре при неизменной температуре, наблюдаем за показаниями манометра и убеждаемся, что с уменьшением или увеличением объема давление соответственно увеличивается или уменьшается во столько же раз.

Представим этот процесс графически

Графически зависимость между давлением и объемом газа при постоянной температуре представлен виде гиперболы

Каждому значению температуры соответствует своя кривая (см. рис.). Эти кривые называют изотермой. Чем выше температура, при которой происходит процесс, тем выше расположена изотерма .

В системах координат р,Т и V,Т изотермический процесс изображается прямой, параллельной соответственно оси р или V. Эти прямые изотермы. Параметры V или Р меняются, а Т=const

2.Газ находится в условиях, когда постоянным сохраняется его давление Р. Переход газа из одного состояния в другое, совершающийся при постоянном давлении, называют изобарным. В этом случае постоянным будет отношение объема газа к его температуре, из уравнения Клапейрона-Менделеева следует, что  седовательно, для данной массы газа и постоянном давлении объем газа прямо пропорционален абсолютной температуре.

Этот закон был установлен опытным путем в 1802г. французским физиком Ж.Гей-Люссаком. Формулу закона Гей-Люссака, его можно представить в виде: 

Этот закон проверим экспериментально с помощью опыта. Для этого цилиндр переменного объема поместим в сосуд с водой, температуру которой можно изменять. При повышении температуры давление воздуха увеличивается. Изменим объем цилиндра так, оставляя давление прежним.

Закон Гей-Люссака можно проиллюстрировать и с помощью колбы с изогнутой трубкой.

В горизонтальной части трубки имеется капелька жидкости, отделяющая газ в колбе от атмосферного воздуха. Если подогревать колбу (даже руками), то капелька жидкости сместится вправо, т.е. объем газа, находящегося в колбе, увеличится, а давление останется равным атмосферному.

рис. а

 при m=const.

Графически такой процесс с помощью координатных осей V, Т можно изображается прямой, продолжение которой проходит через начало координат. Называется эта прямая изобара. Угол ее наклона к оси температур зависит от давления газа: чем больше давление, тем меньше угол наклона (см.рис. а).

На диаграммах с координатными осями р,Т или p,V изобары имеют вид прямых, параллельных оси Т или соответственно оси V (см.рис. б и в).

Слайд 7.

3. Рассмотрим поведение газа в условиях, когда постоянным сохраняется его объем V. Из уравнения Клапейрона – Менделеева следует, что в этом случае постоянным будет отношение давления к его температуре:  при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре.

Этот закон был экспериментально установлен французским ученым Ж.Шарлем. Его можно проверить экспериментально.

Переход газа из одного состояния в другое, совершающийся при постоянном объеме, называют изохорным процессом. График этого процесса строится по уравнению и представляет собой прямую линию, продолжение которой проходит через начало координат; ее называют изохорой. Угол наклона изохоры к оси температур тем больше, чем меньше объем газа. В системах координат p,V и V,Т изохора имеет вид прямой, параллельной оси р или соответственно Т

Обратите внимание на то, что основные газовые законы (Бойля – Мариотта, Гей-Люссака и Шарля) представляют собой частные случаи уравнения Клапейрона-Менделеева.

:

Выполняются ли этим законам реальные газы?

Опыты показывают, что для всех реальных газов наблюдаются отступления от рассмотренных выше газовых законов, которые особенно заметны при больших давлениях и плотностях газа, а также при очень высоких или низких его температурах.

, реальные газы подчиняются рассмотренным законам идеального газа при малых плотностях и при не очень высоких и не слишком низких температурах.

3. Закрепление полученных знаний

Исследование зависимости V от T при p=cons.

Оборудование: Стеклянная трубка, запаянная с одного конца; цилиндрический сосуд, наполненный горячей водой (t~60°С); стакан с водой комнатной температуры; пробка, линейка, термометр.

Опыт:

1. Стеклянной трубку поместить открытым концом вверх в сосуд с горячей водой на 3-5 минут.

2. Закройте открытый конец трубки пробкой, чтобы масса газа не изменялась.

3. Отпустите трубку закрытым концом в стакан с водой комнатной температуры и под водой снимите пробку.

4. Дождитесь прекращения подъема воды в трубке (трубка охлаждается).

5. Убедитесь, что длина воздушного столба в трубке стала меньше

Убеждаются, что с уменьшением T тела V объем также уменьшается, а с увеличением T тела V соответственно увеличивается. Зависимость прямо пропорциональная ().

Ответьте на вопросы:

1. Зависимость между какими величинами вы наблюдали на опыте?

2. Изменялось ли давление и масса воздуха во время опыта?

3. Что можно сказать о зависимости объема от температуры?

4. Объясните происходящее явление с точки зрения МКТ.

Исследование зависимости p от T при V=cons.

Оборудование: цилиндр переменного объема (сильфон), манометр, трубка резиновая, сосуд с горячей водой.

Опыт:

Для проведения опыта соединяют цилиндр резиновой трубкой с манометром как показано на рисунке. Открывают у манометра оба крана и с помощью винта сжимают цилиндр. Затем закрывают свободный кран манометра.

Ставим в цилиндр в сосуд. И наливаем в сосуд кипяток. По мере нагревания воздуха, о чем судят по демонстрационному термометру, наблюдают по манометру постепенное увеличение давления в цилиндре.

Убеждаются, что с увеличением T тела р соответственно увеличивается, а с уменьшением T тела р соответственно уменьшается. Зависимость прямо пропорциональная (T).

Ответьте на вопросы:

1. Зависимость между какими величинами вы наблюдали на опыте?

2. Изменялась ли температура и масса воздуха во время опыта?

3. Что можно сказать о зависимости давления от объема?

4. Объясните происходящее явление с точки зрения МКТ.

Задача 1. На рисунке изображены две изобары: р1=const u p2=const. Какое давление больше?

Решение. Проведем на графике изотерму. Она пересечет изобару р2 = сопst при большем значении объема V2, , изобару p1 = const. При одной и той же температуре давление газа тем больше, чем меньше его объем, что следует из закона Бойля – Мариотта: ; значит, Р2 < Р1.

Задачи решаются с обсуждением у доски

1. Дан график цикла.

4. Итоги урока и домашнее задание.

§                  

Подготовить доклады:

Биография Роберта Бойля

Биография Эдма Мариотта

Биография Жозефа Луи Гей-Люссака

Биография Жак Шарля

Технологическая карта урока

Ф.И.О. педагога: Жукова Галина Ивановна

Предмет, класс: физика, 10 класс

Тема урока: «Газовые законы».

Цель урока: формирование умений объяснять газовые законы с молекулярной точки зрения; изображать графики процессов

 Задачи: 

Образовательные: рассмотреть частные случаи закона Клапейрона, сформировать умения выделять и описывать изопроцессы

Развивающие: развитие познавательного интереса, развитие интеллектуальных способностей, развитие умений выделять главное в изучаемом материале

Воспитательные: создать условия для положительной мотивации при изучении физики, используя разнообразные приёмы деятельности, сообщая интересные сведения;   формирование коммуникативных качеств  и умения работать в группах

Тип урока:  комбинированный

Технологии урока: обучение в сотрудничестве, здоровьесберегающие, информационно-коммуникативные, технология развивающего обучения

Средства обучения:  проектор, экран, доска,  презентация, раздаточный материал.

Планируемые результаты:

Личностные: формирование ответственного отношения к учению, готовности к саморазвитию и самообразованию;  формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками;

Предметные: изучить газовые законы; формировать умение объяснять законы с молекулярной точки зрения; изображать графики процессов; начать обучение учащихся решать графические и аналитические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы;

1Метапредметные: формирование информационной компетентности, установление межпредметных связей