План урока основное уравнение мкт 10 класс

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

План-конспект урока в 10 классе по учебнику Г.Я. Мякишева

Скачать:

Предварительный просмотр:

«ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ »

Каширина Татьяна Николаевна

ТЕМА «ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ » 10 КЛАСС

Обучающие: познакомить с понятием идеального газа, вывести основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

1. развивать способности анализировать увиденное, логическое мышление и творческое воображение учащихся;
2. учить устанавливать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях, формулировать эмпирические закономерности.

Воспитывающие : воспитывать ответственное отношение к учебе, положительное отношение к предмету физики.

1. воздушный насос, вакуумная тарелка, стеклянный колокол, воздушный шарик
2. презентация ( Приложение 1 )
3. карточки с тестом

I. Повторение пройденного. Беседа с учащимися с использованием презентации (Приложение 1)

1. Каковы основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества? (слайд 2)
2. Докажите, что все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки? (слайд 3)
3. В чем суть броуновского движения? Доказательством каких положений является броуновское движение? (слайд 4)
4. Что такое диффузия? Доказательством каких положений является броуновское движение? (слайд 5)
5. Зависит ли скорость диффузии от температуры? (слайд 6)
6. О чем говорят опыты, показанные на слайде № 7
7. Каковы размеры молекул? (слайд 8)
8. Опишите словами модель взаимодействия между молекулами или атомами твердого тела. (слайд 9)
9. В каком агрегатном состоянии находится вещество, показанное на слайдах № 10,11,12? Укажите особенности расположения и движения молекул в различных агрегатных состояниях.

II. Изучение нового материала

Итак, мы знаем, что частицы в газах, в отличие от жидкостей и твердых тел, располагаются друг относительно друга на расстояниях, существенно превышающих их собственные размеры. В этом случае взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало и кинетическая энергия молекул много больше энергии межмолекулярного взаимодействия. Для выяснения наиболее общих свойств, присущих всем газам, используют упрощенную модель газа — идеальный газ.

Идеальный газ – это газ, у которого взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало (слайд13) (записываем в тетрадь)

Основные отличия идеального газа от реального газа:

1. Частицы идеального газа — сферические тела очень малых размеров, практически материальные точки.
2. Между частицами отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия.
3. Соударения частиц являются абсолютно упругими.

Реальные разреженные газы действительно ведут себя подобно идеальному газу. Воспользуемся моделью идеального газа для объяснения происхождения давления газа.

Вспомним опыт из 7 класса (слайд14)

Почему при откачивании воздуха из-под колокола воздушный шарик раздувается?

(Это значит, что газ внутри шарика оказывает давление, и когда внешнее давление при откачивании уменьшается, шар благодаря внутреннему давлению воздуха начинает раздуваться?

Что же такое давление газа? (слайд15)

(Давление газа — это результат ударов молекул газа о стенки сосуда)

Сегодня мы с вами попытаемся ответить, от чего зависит давление газа? (Слайд 16)

Даю возможность учащимся сделать предположения, от чего может зависеть давление газа.

Выведем основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов (слайд 17)

Пусть в некотором объеме есть молекулы, масса каждой m o , их число равно N , и движутся они со скоростью v (очевидно, что скорости у всех молекул различны, однако среднее значение модуля скорости v вполне определенное)

Учитель делает рисунок на доске, учащиеся в тетрадях

При каждом ударе молекулы действуют на стенку сосуда с некоторой силой. Складываясь друг с другом, силы ударов отдельных частиц образуют некоторую силу давления, постоянно действующую на стенку, а значит и давление.

От чего же зависит давление газа?

Во-первых , от массы: чем больше масса молекулы, тем сильнее удар, значит здесь прямая пропорциональная зависимость давления от массы

Во-вторых , от скорости: чем быстрее движутся молекулы, тем сильнее будут удары, а значит и давление.

В-третьих, есть еще одна зависимость от скорости: чем быстрее движутся молекулы, тем чаще удары, а значит и давление.

В-четвертых , давление газа зависит от числа молекул в данном сосуде, а точнее от концентрации n.

Концентрация – физическая величина, равная числу молекул, содержащихся в единице объема (n = N/V )

( определение концентрации и единицы измерения записываем в тетрадь )

В результате получаем: давление газа прямо пропорционально концентрации частиц, массе частицы и квадрату скорости частицы

Это и есть основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. В этом уравнении коэффициент 1/3 означает, что в трехмерном пространстве только треть молекул участвует в движении в определенном направлении (по оси х, например).

Мы получили основное уравнение МКТ идеального газа из общих соображений, но его можно строго вывести, опираясь на законы классической механики ( § 63 , Мякишев Г.Я.)

Это уравнение можно записать по-другому, если умножить и разделить правую часть уравнения на 2.

P = 2/3· n·Ек, где Ек = m o ·v 2 /2

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул

III. Закрепление изученного материала. Выполнение тестов учащимися.

Цель заданий: определить степень усвоения нового материала

1. Давление газа на стенку сосуда обусловлено

А. притяжением молекул друг к другу

Б. столкновениями молекул со стенками сосудов

В. столкновением молекул газа между собой

Г. проникновением молекул сквозь стенки сосуда

2. Как изменилось давление идеального газа, если в данном объеме скорость каждой молекулы газа увеличилась в 2 раза, а концентрация молекул осталась без изменения?

А. увеличилось в 2 раза

Б. увеличилось в 4 раза

В. уменьшилось в 2 раза

Г. уменьшилось в 4 раза

3. При повышении температуры идеального газа в запаянном сосуде его давление увеличивается. Это объясняется тем, что с ростом температуры.

А.увеличиваются размеры молекул газа

Б. увеличивается энергия движения молекул газа

В. увеличивается потенциальная энергия молекул газа

Г. увеличивается хаотичность движения молекул газа

4. Как изменится концентрация молекул газа при уменьшении объема сосуда в 2 раза?

А.увеличится в 2 раза

Б. уменьшится в 2 раза

Г. уменьшится в 4 раза

5. При уменьшении температуры средняя кинетическая энергия молекул

Г. иногда увеличится, иногда уменьшится

6. Какое утверждение неправильно ?

При неизменных условиях

А. давление газа постоянно

Б. скорости всех молекул одинаковы

В. внутренняя энергия газа постоянна

Г. температура газа постоянна

7. В сосуде водород. Как изменится давление газа, если водород заменить кислородом так, что количество молекул и температура останутся неизменными?

А.увеличится в 4 раза

Б. уменьшится в 16 раз

Г. увеличится в 16 раз

IV. Проверка выполненных тестов

Правильные ответы: 1 — Б, 2 – Б, 3 – Б, 4 – А, 5 – Б, 6 – Б , 7 — Г

V. Решение задачи

В ампуле содержится водород (Н 2 ). Определите давление газа, если его концентрация равна 2 · 10 22 м -3 , а средняя квадратичная скорость движения молекул водорода 500 м/с.

VI. Задание на дом.

§ 61, § 63, Физика 10 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б Буховцев, записи в тетради, упр. 11 (задачи 8,9)

VII. Подведение итогов урока.

1. Физика. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни /Г.Я Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н. Сотский; — М.: Просвещение, 2009.
2. Физика. Тесты. 10-11 классы: учебно-методическое пособие / Н.К. Гладышева, И.И. Нурминский, А.И. Нурминский и др. – М.: Дрофа, 2005.

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 18. Основное уравнение МКТ

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) средняя кинетическая энергия молекулы;

2) давление газа;

3) основное уравнение МКТ;

Глоссарий по теме:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Средняя кинетическая энергия молекул – усреднённая величина, равная половине произведения массы молекулы на среднюю величину квадрата её скорости.

Концентрация – число молекул в единице объёма.

Масса молекулы (или атома) – чрезвычайно маленькая величина в макроскопических масштабах (граммах и килограммах), вычисляется через отношение массы вещества к количеству содержащихся в ней молекул (или атомов).

Изменение импульса тела – произведение силы на время действия силы. Импульс силы всегда показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 188 – 192.
2. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Гельфгат И.М.. Задачи по физике. 10-11 классы для профильной школы. – М.: Илекса, 2010. С. 111.
3. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. С. 65 – 67.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами — массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа.

Давление газа на стенку сосуда обусловлено ударами молекул, давление газа пропорционально концентрации молекул: чем больше молекул в единице объема, тем больше ударов молекул о стенку за единицу времени. Каждая молекула при ударе о стенку передает ей импульс, пропорциональный импульсу молекулы m₀v.

Давление пропорционально второй степени скорости, так как, чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. Расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа имеет вид:

, где m₀ — масса одной молекулы газа,

n— концентрация молекул,

— среднее значение квадрата скорости молекул.

Коэффициент обусловлен трёхмерностью пространства — во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения

тогда уравнение примет вид:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.

Примеры и разбор решения заданий.

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

А)

2) средняя кинетическая энергия молекул

Б)

3) давление газа на стенку сосуда

В)

4) концентрация молекул

Г)

Правильный ответ: вспомнив формулы величин, устанавливаем соответствие:

В)

2) средняя кинетическая энергия молекул

А)

3) давление газа на стенку сосуда

Г)

4) концентрация молекул

Б)

2. Кислород находится при нормальных условиях. Средняя квадратичная скорость молекул кислорода в этом случае равна ___ м/с.

План урока основное уравнение мкт 10 класс

СВОЙСТВА ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ, ТВЕРДЫХ ТЕЛ*

Тема. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ

Цель: ознакомить учащихся с уравнением, описывающим свойства веществ в газообразном состоянии.

1. Модель идеального газа.

2. Давление газа в МКТ.

3. Основное уравнение МКТ идеального газа.

1. Как силы взаимодействия между молекулами зависят от расстояния между ними?

2. Почему газы легко сжимаются?

3. Почему сжать твердые тела, так же, как и жидкости трудно?

II. Изучение нового материала

1. Вы знаете, что расстояния между молекулами газа намного больше размеров самих молекул. Поэтому взаимодействием между молекулами можно пренебречь. Кинетическая энергия молекул намного больше потенциальную энергию взаимодействия. Вместо реального газа, между молекулами которого действуют сложные силы взаимодействия, мы рассмотрим его физическую модель. Эта модель называется идеальным газом.

Идеальный газ — это газ, в котором молекулы можно считать материальными точками, а силами притяжения и отталкивания можно пренебречь.

В природе такого газа не существует, но близкими по свойствам можно считать реальные разреженные газы, давление в которых превышает на 200 атм и находящихся по не очень низкой температуры.

2. Пусть газ находится в закрытом сосуде. Манометр показывает давление газа р0. Но какова природа этого давления? Каждая из молекул газа, ударяясь о стенку, в течение малого промежутка времени действует на нее с определенной силой. Вследствие беспорядочных ударов об стенку, сила, действующая со стороны всех молекул на единицу площади стенки,- это давление. Действия, вызванные ударом отдельных молекул, настолько малы, что манометр их не регистрирует. Манометр фиксирует среднюю по времени силу, действующую на каждый квадратный сантиметр его чувствительного элемента — мембраны. Среднее значение давления р0 — практически вполне определенная величина, ибо ударов об стенку очень много, а массы молекул чрезвычайно малы.

3. Пусть внутри сосуда, площадь стенки которой S , содержится идеальный одноатомный газ, масса каждой молекулы m 0, они хаотично движутся со скоростями .

Общее число молекул в сосуде N , а через обозначим среднюю квадратичную скорость их движения:

Эксперимент свидетельствует, что в случае неизменной температуры сосуда и газа, скорость молекул газа также является постоянной и определяется по формуле (1).

Квадрат вектора скорости связан с его компонентами следующим соотношением:

Полная хаотичность движения позволяет утверждать, что движение по всем направлениям происходит с одинаковой скоростью, поэтому

Поэтому формула 2 будет иметь вид:

Предположим, что молекулы газа движутся от одной грани к другой без столкновений.

Это упрощение вследствие большого количества молекул N и хаотичности их движения не влияет на точность расчетов. Во время столкновения со стенками сосуда молекулы идеального газа взаимодействуют с ними по законам механики как абсолютно упругие тела. Молекула действует на стенку с силой F 2 , равная, согласно третьему закону Ньютона, силе F 1 , с которой стенка сосуда действует на молекулу и противоположная ей по направлению.

Пусть молекула массой т0 движется в направлении стенки сосуда, площадь которой S .

Упруго ударившись о стенку, она передает ей импульс:

За время Δ t стенки сосуда могут достичь лишь те молекулы, которые содержатся в объеме:

Поскольку в этом объеме половина молекул движется к стенке, а половина от нее, то количество молекул Z , которые ударятся о стенку за время Δ t , равна:

где — концентрация молекул, [ n ] = м — 3. Подставив значения объема V из уравнения (5) в уравнение (6) получим:

Все эти молекулы передают стенке сосуда импульс, что, согласно второму закону Ньютона, равно импульсу силы:

После упрощения сила F , с которой молекулы действуют на стенку S , равна:

Так , а давление , то получим выражение основного уравнения МКТ газов:

Учтем то, что квадрат модуля скорости движения молекул равна среднему значению квадрата скорости , поэтому уравнение (7) будет иметь вид:

Это и есть основное уравнение МКТ.

Давление молекул на стенки сосуда равна 1/3 произведению концентрации молекул на массу одной молекулы и на средний квадрат скорости движения молекул.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические величины — давление, которое можно измерить манометром, с микроскопическими величинами, характеризующими молекулы, и является как бы мостом между двумя мирами — макроскопическим и микроскопическим.

Если через 0 обозначим среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул

то уравнение (8) примет следующий вид:

давление молекул идеального газа пропорционален произведению числа молекул в единице объема на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул.

Так , уравнение (8) примет следующий вид:

где ρ — плотность газа.

III . Закрепление изученного материала

Задача. Плотность газа в баллоне газопаливної электрической лампочки ρ = 0,9 кг /м3 . Когда лампочка светится, давление газа возрастает с р1 = 8·104 Па до р2 = 1,1·105 Па. На сколько увеличилась при этом средняя скорость молекул газа?

Дано: р = 0,9 кг /м3 , р1 = 8·104 Па, р2 = 1,1·105 Па.

Найти: 2 — 1 — ?

IV . Домашнее задание

Задача. Под каким давлением находится газ в сосуде, если средний квадрат скорости его молекул 2 = 106 м2/ c 2 . Концентрация молекул n = 3·1025 м — 3, масса каждой молекулы m 0 = 5· 10 -26 кг.