Уравнение менделеева физика 10 класс

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 20. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) уравнение состояния идеального газа и уравнение Менделеева — Клапейрона;

2) закон Дальтона, парциальное давление, закон Авогадро;

3) газовые законы и границы их применимости;

4) графики изохорного, изобарного и изотермического процесса;

5) определение по графикам характера процессов и макропараметров идеального газа;

6) применение модели идеального газа для описания поведения реальных газов.

Глоссарий по теме

Уравнение, связывающее три макроскопических параметра давление, объём и температура, называют уравнением состояния идеального газа.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равно давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объем при той же температуре.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

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

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 209 – 218.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Уравнение Клапейрона при m = const: отношение произведения давления и объёма к температуре есть величина постоянная для постоянной массы газа:

Если изменяется какой-либо макроскопический параметр газа постоянной массы, то два других параметра изменятся таким образом, чтобы указанное соотношение осталось постоянным.

Отношение произведения давления и объёма к температуре равно универсальной газовой постоянной для одного моля идеального газа.

Уравнение Менделеева при v = 1 моль

Произведение постоянной Больцмана и постоянной Авогадро называется универсальной газовой постоянной.

— уравнение состояния идеального газа.

Уравнение состояния идеального газа получило название «уравнение Менделеева-Клапейрона».

Давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений: закон Дальтона.

где p_i– парциальное давление i-й компоненты смеси.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равное давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объём при той же температуре.

Один моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объём равный:

V₀=0,0224м 3 /моль=22,4дм 3 /моль.

Это утверждение называется законом Авогадро

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

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

Для газа данной массы произведение давления на объём постоянна, если температура газа не меняется — закон Бойля – Мариотта.

Изотерма соответствующая более высокой температуре T₁, лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре T₂.

Если значения давления и температуры в различных точках объёма разные, то в этом случае газ находится в неравновесном состоянии.

Равновесное состояние — это состояние, при котором температура и давление во всех точках объёма одинаковы.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется — закон Гей-Люссака.

Изобара соответствующая более высокому давлению p₂ лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению p₁.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

При данной массе газа отношение давление газа к температуре постоянно, если объем газа не изменяется — закон Шарля.

Изохора соответствующая большему объему V₂ лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему V₁.

Примеры и разбор решения заданий

1. Установите соответствие между физическими величинами и приборами для их измерения. К каждой позиции первого столбца подберите нужную позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Конспект урока по физике на тему «Уравнение Клапейрона-Менделеева» (10 класс)

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Урок

Цель: вывести зависимость между тремя макроскопическими параметрами p , V , T .

– ознакомление с уравнением Менделеева – Клапейрона;

– применение полученных знаний при решении задач.

– формирование умения сравнивать, обобщать имеющиеся знания, анализировать;

– развивать логическое мышление обучающихся,

– развивать навыки самообразования.

– воспитывать самостоятельность, творческий подход, умение формулировать, формировать интерес к изучаемому предмету;

– находить решение проблемных ситуаций.

Оборудование: поурочные карты, тесты, компьютер, мультимедийный проектор, презентация PowerPoint .

Мотивация

Проверка домашнего задания

Сначала немного проверим ваши знания. Перед вами тесты. (Приложение 1) Вы должны за 5 минут ответить на предложенные вопросы. Сдать на проверку задания.

Назовите основную величину в теории тепловых явлений. ( температура)

Первый прообраз термометра демонстрировал … (Галилей, в 1592г.)

Назовите постоянные точки на шкале Фаренгейта и шкале Цельсия. (0 0 F — смесь льда и соли, 100 0 F — нормальная температура человека, 0 0 С- таяние льда, 100 0 С-кипение воды)

Кто ввел абсолютную шкалу температур? ( Кельвин)

Какой формулой связана абсолютная температура с температурой по шкале Цельсия? ( n 0 C = ( n – 273) 0 K = (1,8 n + 32) 0 F )

(слайд 3) Что является объектом изучения МКТ? (Идеальный газ)

Что в МКТ называется идеальным газом? (Идеальный газ – это газ, в котором взаимодействием между молекулами можно пренебречь.)

Вспомните уравнение зависимости p от концентрации и температуры. ( p = nkT )

Как определить концентрацию молекул? ( )

Какая формула позволяет вычислить число молекул N ? ( )

Чему равна постоянная Больцмана? ( k = 1.38 · 10 -23 Дж/К)

Какие три термодинамических параметра используют для того, чтобы описать состояние идеального газа? (Давление, объем и температура.)

Какое уравнение связывает между собой все три термодинамических параметра? (Уравнение состояния идеального газа)

Это мы узнаем сегодня на уроке

Изучение нового материала

Уравнение состояния идеального газа – это уравнение, связывающее макроскопические параметры состояния газа ( p , V , T ).

Как Вы считаете, какая основная задача стоит перед нами на уроке?

(Вывести закон, который связывает между собой макроскопические параметры)

Уверена, что Вы справитесь. Помогут Вам рабочие листы и план исследования .

Обучающиеся заполняют рабочие листы (Приложение 3)

На 5 слайде появляется пошаговое решение.

Запишите формулу зависимости давления газа от концентрации и температуры ( p = nkT );

В это уравнение поставьте значение концентрации и запишите полученные результаты .

Перенесите все макропараметры влево
(гиперссылка 1, слайд 14) Это уравнение было открыто Клапейроном в 1834 г. Оно оказалось неудобным для практического применения, т.к. N – неизмеряемая величина

Запишите формулу для числа частиц и подставьте ее в выражение, полученное Клапейроном. Получаем

(гиперссылка 2, слайд 15) (1874 год, Д.И. Менделеев вывел уравнение для произвольного числа молекул) )

В правой части произведение N _A и k назвали универсальной газовой постоянной и обозначили R . (Вычислите значение R и выведите единицу измерения R ) N _A · k = R = 8.31 Дж/(моль·К)

Подставьте R в предыдущую формулу, оставьте в левой части только p и V . Получим .

Сформулируйте уравнение состояния идеального газа. (Приложение 4)

Проанализируем это уравнение:

Какая единственная в этом уравнении величина, зависящая от рода газа? (М – молярная масса)

На какие вопросы уравнение состояния идеального газа позволяет ответить? (слайд 6)

Можно определить одну из величин, характеризующих состояние, например температуру, если известны две другие. Это используют в термометрах. (c лайд 7)

Зная уравнение, можно сказать, как будут протекать в системе различные процессы при определенных условиях, т.е. при изменениях одного из параметров. (слайд 8)

Можно определить, как меняется состояние системы, если она совершает работу, или получает теплоту от окружающих тел. (слайд 9)

Первичное закрепление материала .

— C какой новой величиной Вы сегодня познакомились? (Универсальная газовая постоянная)

— Что называют нормальными условиями? ( t = 0 0 C , p = 101325 Па)

Решение задач у доски с помощью учителя.

Найдите массу воздуха в кабинете, где вы занимаетесь при температуре 20 0 С и нормальном атмосферном давлении. Молярная масса воздуха равна 0,029 кг/моль.

Плотность некоторого газообразного вещества равна 2,5 кг/м 3 при температуре 10 0 С и нормальном атмосферном давлении. Найдите молярную массу этого вещества.

Домашнее задание (слайд 12)

§70, упр.13(5,6) ( Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Физика 10) (Приложение 6)

Рефлексия

Ребята, как Вы считаете, достигли мы цели урока?

(Да, вывели закон, устанавливающий зависимость между макропараметрами)

Завершить нашу работу мне бы хотелось словами из строк Б.Пастернака: (слайд 13)

Урок по теме: «Уравнение Менделеева-Клапейрона»
методическая разработка по физике (10 класс) по теме

Тезисы работы_Емелюковой.doc:

Урок по теме: «Уравнение Менделеева-Клапейрона»

Тип урока: Комбинированный урок с использованием современных информационных технологий, метода проектов.

Цель урока: Познакомить учащихся с понятием уравнения состояния идеального газа. Рассмотреть физический смысл универсальной газовой постоянной.

1. Обучающие задачи: учащиеся находят общую зависимость (формулу), связывающую между собой все три макроскопические величины (p, V, T);

Знакомятся с универсальной газовой постоянной.

2. Развивающие задачи: учащиеся развивают активную мыслительную деятельность, волю, память, интеллект через задания исследовательского и поискового характера; повышают уровень активности, самостоятельности и качества знаний, используя знания при решении практических задач.

3. Воспитывающие задачи: учащиеся знакомятся с работой учёных в развитии физики; повышают умение слушать и говорить перед незнакомой аудиторией; рассматривают практическую значимость приобретённых знаний; формулируют мотивацию учения.

План урока:

Этап. Организация начала урока.
Этап. Проверка выполнения домашнего задания.
Этап. Подготовка к активной У.П.Д. на основном этапе урока.
Этап. Усвоение новых знаний.

5. Этап. Первичная проверка понимания учащимися нового учебного материала. 6. Этап. Закрепление знаний.

7 Этап. Подведение итогов урока.

Рекомендации: При просмотре плана урока необходимо обратить внимание на выделенные синим цветом ключевые слова ( при нажатии на них мы имеем связь с гиперссылкой на презентацию или приложение к данной части урока).

Выводы по уроку:

Проведено углубление и расширение учебного материала, учащиеся ознакомлены с новыми сведениями за счёт обращения к разным источникам информации. Проведено обобщение вместе с учащимися по эффективности использования метода проектов на уроке.
Показана роль физики в изучении природы. Выполнены упражнения на применение знаний об уравнении состояния идеального газа при решении задач.
Был показан вклад учёных в исследовании общей зависимости (формулы), связывающей между собой три макроскопические величины(p, V, T) и развитии физики.
Были использованы нестандартные ситуации в применении проверяемых знаний.
Цель урока достигнута за счёт использования современных информационных технологий.

Скачать:

Вложение	Размер
statya_emelyukovoy.doc.doc	104.5 КБ
prilozhenie_1_emelyukovoy.doc_urok_uravnenie_mendeleeva-klapeyrona.ppt	952 КБ
prilozhenie_3_emelyukovoy.doc_skhema_po_formulam-10_klass.doc	519.25 КБ
prilozhenie_4_emelyukovoy.doc_uravnenie_mendeleeva-klapeyrona.doc	20 КБ
prilozhenie_5_emelyukovoy.doc_fizicheskiy_smysl_universalnoy_gazovoy_postoyannoy.doc	124 КБ
prilozhenie_6_emelyukovoy.doc_zadachi_po_teme_uravneniya_sostoyaniya_idealnogo_gaza.doc	26 КБ
prilozhenie_7_emelyukovoy.doc_zadachi.doc	46 КБ

Предварительный просмотр:

Урок по теме: «Уравнение Менделеева-Клаперона»

Тип урока: Комбинированный урок с использованием современных информационных технологий, метода проектов .

Цель урока: Познакомить учащихся с понятием уравнения состояния идеального газа. Рассмотреть физический смысл универсальной газовой постоянной.

1 . Обучающие задачи: учащиеся находят общую зависимость (формулу), связывающую между собой все три макроскопические величины ( p, V, T);

Знакомятся с универсальной газовой постоянной.

2. Развивающие задачи : учащиеся развивают активную мыслительную деятельность, волю, память, интеллект через задания исследовательского и поискового характера; повышают уровень активности, самостоятельности и качества знаний, используя знания при решении практических задач.

3. Воспитывающие задачи: учащиеся знакомятся с работой учёных в развитии физики; повышают умение слушать и говорить перед незнакомой аудиторией; рассматривают практическую значимость приобретённых знаний; формулируют мотивацию учения.

I этап : Приветствие учащихся (учитель отмечает отсутствующих, готовность к уроку)

II этап: (на экране слайды, презентации):

Тема урока: «Уравнение Менделеева-Клапейрона»
Цель урока.
Задачи урока.
домашнее задание: параграф 52, задачи №2,4 с листа. Образец вклеить в тетрадь.

Учащиеся записывают в дневник.

Учитель: для того, чтобы познакомиться с выводом Уравнения М-К, нам необходимо вспомнить понятия, формулы, изученные на предыдущих уроках.

Назовите основные положения МКТ.
Доказательством, какого положения МКТ служит явление, показанное в фильме? ( Видеофильм 2мин (см. приложение № 2), ответ: второго) А ещё?
Как можно доказать первое положение МКТ? Третье положение МКТ?

Учитель открывает левую часть доски сзади:

7 человек выходят по очереди к доске.

Как называется данная физическая величина?
В каких единицах она измеряется?

Учитель: Мы с вами повторили все физические величины и их единицы измерения, теперь я хочу обратить ваше внимание на схему на доске (см. приложение № 3 ).

IV этап: Учитель устно задаёт вопросы и на правой части доски с помощью магнитов вывешивает схему (см. приложение № 4):

Какие три макроскопические параметра вы знаете? (ответ: P, V, T)
Почему их назвали макроскопическими? (ответ: Эти параметры характеризуют большие масштабы)
Назовите единицы измерения каждой из этих величин.(ответ: 1Па, 1м 3 , 1К)

Учитель перед классом ставит проблему – найти общую зависимость (формулу), связывающую между собой три макроскопические величины.

Учитель: Нам известны три формулы, которыми мы пользуемся:

p =n k T; n=N/V; N=m/M*Na

Учитель начинает вывод сам на основной доске:

p =N/V* k *T=1/V*m/M*Na* k *T

Далее: Мы видим произведение двух постоянных величин в физике.

Учитель переходит на левую переднюю часть доски, делает вывод универсальной газовой постоянной( вывешивает на магнитах листы):

Na=6, 02*10 23 моль -1

k =1, 38*10 -23 Дж/ k

Как называются данные постоянные величины? (Постоянная Авогадро, постоянная Больцмана)
Каков физический смысл постоянной Авогадро? (физический смысл постоянной Авогадро-число атомов (или молекул), содержащихся в 1 моле любого вещества)
Каков физический смысл постоянная Больцмана? (физический смысл постоянной Больцмана — является коэффициентом, переводящим температуру из градусной меры ( k) в энергетическую (Дж) и обратно)

Учитель: В физике произведение двух постоянных величин заменяют универсальной газовой постоянной и её обозначают:

На доске : R (эр)-универсальная газовая постоянная.

Давайте найдём её числовое значение:

R=Na*k=6, 02*10 23 моль -1 * 1, 38*10 -23 Дж/k = 8, 31*10 23 *10 -23 1/моль * Дж/k=8, 31 Дж/моль*k

учитель вывешивает на правую часть доски

Рассмотрим её физический смысл:

Характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчёте на один Кельвин.

Учитель снова возвращается на основную доску и завершает вывод Уравнение Менделеева-Клапейрона

Учитель:

это и есть уравнение Менделеева-Клапейрона, его ещё называют уравнением состояния идеального газа.

Клапейрон — французский физик, работавший около 10 лет в России.

Менделеев — великий русский учёный.

Учитель : Какой газ называют идеальным ? (ответ: идеальный газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало)

Учитель: Не только идеальный газ, но и любая реальная система – газ, жидкость, твёрдое тело – характеризуется своим уравнением состояния.

Знать уравнение состояния необходимо при исследовании тепловых явлений.

Что оно позволяет определить? Предоставляю слово докладчику.

Учащийся с докладом:

одну из физических величин, если две другие известны (это используют в терминах)

зная уравнение состояния, можно сказать, как протекают в системе в различные процессы при определённых внешних условиях.
зная уравнение состояния, можно определить, как меняется состояние системы, если она совершает работу или получает теплоту от окружающих тел.

Например: учитель демонстрирует опыт с колоколом воздушного насоса (шарик):

Опыт: меняем p, изменяется V, при T=Const

Учитель: Я предоставляю слово учащемуся:

Демонстрация опыта: шарик с водой, двухлитровая банка, сжечь бумагу, поместить в банку. Шарик сам опускается вниз.

Учащийся : вопрос классу:

Слайды: 1.почему шар оказался в банке? Как изменяются p, V, T?

2. составить вопросы по опыту: какая связь просматривается с другими темами физики? (домашнее задание)

Учащиеся сами читают условие задачи:

1. Если T идеального газа увеличить в 2 раза, то как изменится p? (ответ в 2 раза).

2. если v идеального газа уменьшить в 3 раза, то как изменится p? (домашнее задание), (ответ в 3 раза).

VI этап : закрепление.

Учитель: вопросы: (слайд)

что нового вы сегодня узнали на уроке? ( ответ: уравнение Менделеева-Клапейрона, универсальное газовое постоянное)
Назовите мне все физические величины. Входящие в уравнение Менделеева-Клапейрона и их единицы измерения.

VII этап: выводы по уроку.

Слайд с задачами на урок. Учитель обращает внимание учащихся, что все поставленные задачи выполнены, цель достигнута.

Поблагодарить за урок.

Слайд: спасибо за урок.

Учитель сам у доски

Дано: СИ Решение:

M h2 = 2*10 -3 кг/моль

V = 20 л = 0, 02м -3 m= (p*V*M)/(R*T)

t º = 17 º C = 290 К m= (830*0, 02*2*10 -3 )/8,31*290=

R=8,31Дж/моль*К 0, 014*10 -3 =1, 4* 10 -5 кг = 14 мг

[m] = Па*м 3 *(кг/моль) / (Дж/моль*К)*К = кг

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Предварительный просмотр:

Физический смысл универсальной газовой постоянной: характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Дано: Решение: Вычисления: