Уравнение состояния газа газовые законы 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.

Урок по физике на тему «Уравнение идеального газа. Газовые законы»

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.

Тема: « Уравнение идеального газа, Газовые законы»

продолжить формирование понятия макросистемы;

продолжить формирование умения объяснять законы с молекулярной точки зрения;

изображать графики изопроцессов.

развитие познавательного интереса;

развитие интеллектуальных способностей учащихся;

развитие предметных и общенаучных умений и навыков;

развитие навыков самообразования.

формирование коммуникативных качеств, культуры общения;

воспитание ответственности у учащихся не только за свои знания, умения, но и за знания каждого обучаемого.

Тип урока: изучение нового материала

Методы обучения : словесные, словесно-наглядные, словесно-наглядно-практические

Оборудование: доска, учебник, фотографии

Три пути ведут к знанию. Путь размышления — самый благородный.

Путь подражания – самый лёгкий. Путь опыта – самый горький путь.

Конфуций (древний мыслитель и философ Китая).

I. Организация учебной деятельности учащихся на уроке.

Сообщение темы, цели, задач урока. Стимулирование мотивации учебной деятельности при обучении.

II. Проверка знаний и умений.

Самостоятельная работа на 10 минут

1. Основное уравнение МКТ имеет вид: , где .

2. Температура — мера средней кинетической энергии. Почему?

, , измеряется в Дж, давно известно, что температура измеряется в , а теперь мы знаем ,что и в К.

3. Как связана абсолютная шкала и шкала Цельсия?

4. Назовите макроскопические параметры.

Давление, объем, температура.

5. Вот мы говорим сегодня о давлении. Чем создается давление в газах?

Ударами молекул о стенки сосуда

6. А от чего оно зависит? (Обратимся к небольшому видеоролику)

От повышения или понижения температуры, от количества молекул.

7. Запишите формулу, которую связывают эти все величины.

8. А как определить число молекул?

9. А что показывает число N _а . Чему оно равно?

Число Авогадро показывает число молекул в одном моле. Na=6, 02*10^23 моль^-1

ⅠⅠⅠ . Изучение нового материала

Запишем зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры

подставляем вместо n

преобразуем

,

где -универсальная газовая постоянная

-уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона.

Из данного уравнения вытекает связь между давлением, объемом и температурой идеального газа, который может находиться в двух любых состояниях.

Рассмотрим систему , находящуюся в двух состояниях, с параметрами p, V, T.

Запишем уравнения для двух состояний.

поделим первое на второе

при уравнение Клапейрона.

Определение: при фиксированной массе отношение произведения давления и объема на температуру есть величина постоянная.

Историческая справка. Готовят учащиеся.

При изучении биографии Д.И. Менделеевым и Бенуа Поль Эмиля Клапейрона я задалась таким вопросом: что мы знаем об этих выдающихся ученых? Большинство людей знают о Менделееве, как о создателе периодической системы химических элементов, а о Клапейроне из учебника по физике при изучении состояния идеального газа.

Меня поразило то, что Клапейрон старше Менделеева на 35 лет, но каким-то случайным образом их судьбы похожи. Они работали в Петербурге в разное время в одном и том же Институте инженеров путей сообщения. В 1834 году Клапейрон открыл уравнение идеального газа, объединяющее закон Бой ля-Мариотта, закон Гей-Люссака и закон Авогадро. В 1874 году этот закон обобщил Д.И. Менделеев и назвал это уравнение Менделеева-Клапейрона.

Я прочла недавно вот такие слова: « Гений? Какой там гений. Трудился всю жизнь, вот вам и гений.» и мне кажется, что они подходят к обоим ученым. Ведь их жизнь пример трудолюбия, преданности делу и любви к науке. Я думаю у нас есть чему у них поучиться.

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из трех параметров – давление, объем или температура – остаются неизменными.

Определение: количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессамия).

Рассмотрим каждый из процессов

(процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре) [3]

сформулируем определение. (учащиеся формулируют самостоятельно)

определение: для газа данной массы произведение давления на объем постоянна, если температура газа не меняется.- закон Бойля – Мариотта.

— изотерма, изображает обратно пропорциональную зависимость, график находится в первой четверти т.к. величины p,V положительны.

Вывод : (учащиеся самостоятельно по первому рисунку)

изотерма соответствующая более высокой температуре , лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре . Построим графики в координатах PT, VT.

(процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении). [3]

Определение: для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется.

прямолинейная зависимость.- закон Гей-Люссака (1802г)

Вывод: (самостоятельно по рисунку 2)

изобара соответствующая более высокому давлению лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению . Построим графики в координатах PT, PV,Vt.

(процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме). [1]

Определение: при данной массе газа отношение давление газа к температуре постоянно, если объем газа не изменяется.- закон Шарля (1787г.)

Вывод: изохора соответствующая большему объему лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему . Построим графики в координатах PV, VT, Pt.

Определите кол-во молекул при нормальных условиях, если делая 1 вдох, ваши легкие поглощают 1,5 л воздуха

Тема: «Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы»

Разделы: Физика

Цели:

Установить зависимость между параметрами, определяющими состояние газа.

Сформулировать законы для изопроцессов в газе.

Задачи урока:

Образовательные:

• продолжить формирование понятия макросистемы;
• продолжить формирование умения объяснять законы с молекулярной точки зрения;
• изображать графики изопроцессов.

Развивающие:

• развитие познавательного интереса;
• развитие интеллектуальных способностей учащихся;
• развитие предметных и общенаучных умений и навыков;
• развитие навыков самообразования.

Воспитательные:

• формирование коммуникативных качеств, культуры общения;
• воспитание ответственности у учащихся не только за свои знания, умения, но и за знания каждого обучаемого.

План лекции; (на доске)

• вывод уравнения Менделеева – Клапейрона;
• газовые законы: изотермический
• изобарный;
• изохорный.

Ход урока

I. Организация учебной деятельности учащихся на уроке.

Сообщение темы, цели, задач урока. Стимулирование мотивации учебной деятельности при обучении.

II. Проверка знаний и умений.

Организация самостоятельной работы.

III. Изучение нового материала.

Изложение нового материала сопровождается показом фрагментов изопроцессов [3]

Учитель: (вопросы для повторения)

1. Основное уравнение МКТ имеет вид: , где .

2. Температура — мера средней кинетической энергии. Почему?

, , измеряется в Дж, давно известно, что температура измеряется в , а теперь мы знаем ,что и в К.

3. Как связана абсолютная шкала и шкала Цельсия?

Задача урока: охарактеризовать состояние идеального газа через макропараметры (p, V, T)

Запишем зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры

подставляем вместо n

преобразуем

,

где -универсальная газовая постоянная

-уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона.

Из данного уравнения вытекает связь между давлением, объемом и температурой идеального газа, который может находиться в двух любых состояниях.

Рассмотрим систему , находящуюся в двух состояниях, с параметрами p, V, T.

Запишем уравнения для двух состояний.

поделим первое на второе

при уравнение Клапейрона.

(Учащиеся самостоятельно делают вывод и формулируют определение).

Определение: при фиксированной массе отношение произведения давления и объема на температуру есть величина постоянная.

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из трех параметров – давление, объем или температура – остаются неизменными.

Определение: количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессамия).

Рассмотрим каждый из процессов

Изотермический процесс

(процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре) [3]

сформулируем определение. (учащиеся формулируют самостоятельно)

определение: для газа данной массы произведение давления на объем постоянна, если температура газа не меняется.- закон Бойля – Мариотта.

— изотерма, изображает обратно пропорциональную зависимость, график находится в первой четверти т.к. величины p,V положительны.

Вывод: (учащиеся самостоятельно по первому рисунку)

изотерма соответствующая более высокой температуре , лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре . Построим графики в координатах PT, VT.

(процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении). [3]

Определение: для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется.

прямолинейная зависимость.- закон Гей-Люссака (1802г)

Вывод: (самостоятельно по рисунку 2)

изобара соответствующая более высокому давлению лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению . Построим графики в координатах PT, PV,Vt.

(процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме). [1]

Определение: при данной массе газа отношение давление газа к температуре постоянно, если объем газа не изменяется.- закон Шарля (1787г.)

Вывод: изохора соответствующая большему объему лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему . Построим графики в координатах PV, VT, Pt.

IV. Повторение опорного конспекта.

V. Закрепление знаний.

VI. Домашнее задание

§70,71 упр.13(1-7), конспект

Литература.

1. Мякишев Г.Я. Физика: учеб. Для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев. – 12-е изд. – М.: Просвещение, 2005.
2. Сборники задач.
3. CD – диск: Образовательная коллекция. Полный интерактивный курс физики. Физикон. “Открытая физика 1. 1” под. Ред профессора МФТИ С.М. Козелла.