Уравнение состояния идеального газа урок по физике

Разработка урока «Уравнение состояния идеального газа»
методическая разработка по физике (10 класс)

В разработке урока «Уравнение состояния идеального газа» представлено изучение нового материала и первичного закрепления по теме: « Уравнение состояния идеального газа» с применением различных технологий и методов. Будет очень полезна для учителей физики для проведений занятий в 10 классе и подготовке к ЕГЭ.

Скачать:

Предварительный просмотр:

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА ФИЗИКИ

ОУ: Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Венгеровская СОШ№ 2.

Учитель: Любчикова Любовь Николаевна, учитель физики.

УМК: Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев Физика 10 класс. М.: Просвещение, 2018.

Тема урока: Уравнение состояния идеального газа

Тип урока: Изучение нового материала и первичного закрепления

Цель урока: Создание условий для осознания и осмысления уравнения состояния идеального газа.

• установить связь между макроскопическими параметрами состояния вещества, ознакомить со следствиями, вытекающими из уравнения состояния идеального газа; формировать умения применять полученные знания при решении задач.
• развивать навыки анализа информации, развивать мышление и мировозрение обучающихся через использование метода научного познания; осуществление межпредметных связей с математикой и химией при выводе уравнения состояния идеального газа, развивать навыки самообразования.
• способствовать развитию интереса к физике, повышать уровень мотивации, воспитывать культуру общения.

Формы организации познавательной деятельности учащихся : фронтальная, групповая, индивидуальная.

Средства обучения : Моноблок, мультимедийная презентация «Уравнение состояния идеального газа», дидактический материал, карточки .

Методы обучения: проблемное изложение, частично поисковый (эвристический).

Основные понятия: идеальный газ, температура, давление, объем, уравнение состояния идеального газа, универсальная газовая постоянная.

Межпредметные связи: математика, химия.

• формировать умения управлять своей учебной деятельностью,

• формировать интерес к физике при анализе физических явлений,

• формировать мотивацию постановки познавательных задач, развития внимания, памяти, логического и творческого мышления,

• формировать толерантное отношение к одноклассникам.

• Овладевать навыком нахождения ответов на вопросы, используя свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке;
• Развивать умение организовать и планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками;
• Формировать навыки:

— определять и формулировать цель на уроке,

— планировать этапы экспериментальной работы,

— анализировать факты при объяснении явлений,

-давать эмоциональную оценку своей деятельности на уроке.

• формировать представлений об идеальном газе, макроскопических параметрах,

•овладение умениями формулировать гипотезы, оценивать полученные результаты

организация усвоения основных понятий по данной теме:

уравнение, связывающее три макропараметра: P, V, T, – описывающие состояние данной массы идеального газа, называемое уравнением состояния идеального газа. Уравнение состояния записывается в двух формах:

1) уравнение Клапейрона-Менделеева PV= mRT/M(для произвольной массы газа),

2) уравнение КлапейронаPV/T=const(для постоянной массы газа).

3) Величина Rв первом уравнении называется универсальной газовой постоянной R= kNА=8, 31 Дж/моль*К. Физический смысл R– объем одного моля любого газа при нормальных условиях.

4) Количественные зависимости между двумя параметрами при постоянном третьем называются газовыми законами.

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 в 10 классе Уравнение состояния идеального газа

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 по теме Уравнение состояния идеального газа 10 класс. Тип урока: объяснение нового материала.

Цели урока: образовательные: вывести уравнение состояния идеального газа и рассмотреть границы его применимости; показать его общность, применимость к любым процессам в идеальном газе при решении задач; активизировать познавательную деятельность обучающихся; развивающие : формирование умений применять полученные знания при решении задач; развитие логического мышления обучающихся; развитие умений сравнивать, анализировать, делать выводы; развитие наблюдательности, внимания, грамотной речи; воспитательные : воспитание интереса к предмету путём использования на уроке различных форм деятельности, обращение к истории предмета.

Оборудование: авторская презентация, мультимедийный проектор, экран.

1.Организационный момент (постановка задач урока, создание позитивного настроя на работу на уроке). Мы уже рассмотрели, какими макроскопическими параметрами характеризуется состояние данной массы газа. Это?( давление, объём, температура ). Сегодня на уроке мы установим связь между ними и выясним, для чего она нужна. Тема урока «Уравнение состояния идеального газа».

2.Объяснение новой темы. Мы уже рассмотрели поведение идеального газа с точки зрения МКТ. Определили зависимость давления газа от концентрации его молекул. Какой формулой она выражается?( р= nkT ). На основе этой зависимости можно получить уравнение, связывающее все три макроскопических параметра, которые характеризуют состояние данной массы достаточно разреженного газа. Давайте выведем его. Вспомним формулы для концентрации и числа молекул( n = N / V N = mN _a / M ). Значит, p = mN _a kT / MV . Умножим обе части на V : pV = mN _a kT / M . (1) Какие постоянные величины входят в эту формулу? Вычислим N _a k =6,02·10 23 моль -1 ·1,38·10 -23 Дж/К=8,31Дж/моль·К . R =8,31Дж/моль·К – универсальная газовая постоянная. Уравнение pV = RT / M называется уравнение состояния идеального газа . Единственная величина в этом уравнении, которая зависит от рода газа, М. Из уравнения состояния идеального газа вытекает связь между объёмом, давлением и температурой идеального газа, который может находиться в двух любых состояниях. Обозначим индексами 1 и 2 параметры двух различных состояний газа. Тогда p ₁ V ₁ = RmT ₁ / M p ₂ V ₂ = RmT ₂ / M . Разделим обе части на Т. Что замечаем? Следовательно, p ₁ V ₁ /Т ₁ = p ₂ V ₂ /Т ₂ = const (2) Это одна из форм записи уравнения состояния.

3.Историческая справка (воспитание интереса к предмету, к истории предмета, способствует переключению внимания). Называется данное уравнение уравнением Менделеева – Клапейрона по имени французского физика, который в течение 10 лет работал в петербургском университете в России. В 1834 г. именно он вывел уравнение состояния идеального газа, объединяющее несколько законов. Физические исследования Клапейрона посвящены теплоте, пластичности и равновесию твердых тел. Он придал в 1834 г. математическую форму идеям C. Карно, первым оценив большое научное значение его труда «Размышления о движущей силе огня», содержащего фактически формулировку второго начала термодинамики.

А уравнение в форме (1) носит название уравнение Менделеева – Клапейрона. В физике иногда встречается, что один и тот же закон носит имя сразу двух учёных, которые открывают его или совместно, или независимо друг от друга, иногда даже в разное время. В тот же год, когда был открыт закон Клапейроном, в России в семье директора гимназии г. Тобольска родился будущий учёный Д. И Менделеев. В своей научной деятельности он руководствовался единством физических и химических явлений. Им открыт периодический закон химических элементов, который является, пожалуй, самым великим обобщением в науке. Ему принадлежат важнейшие работы по взаимным превращениям жидкостей и газов. В одно время он сделал немало для развития горнодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а также в развитии народного образования. А сегодня мы вспоминаем о нём, как о физик , который своим открытием положил начало развитию учения о газовых законах. В 1947 г. Д. И. Менделеев вывел уравнение состояния газа для произвольного числа молекул.

4. Закрепление материала . Уравнение состояния идеального газа имеет большое практическое значение. Основная задача, которую решает уравнение Менделеева – Клапейрона, это задачи на расчёт процессов, идущих с неизменной массой газа. Рассмотрим эти процессы, работая с таблицей. Задача1, (развитие внимания, математических навыков, грамотной речи). Зависимость между величинами задана табличным способом. Составьте по каждой строчке задачу и найдите неизвестную величину .

Кроме того, уравнение Менделеева – Клапейрона учитывает влияние массы газа(например, на давление при заданных температуре и объёме), и его молярной массы, т.е. химического состава. Эта особенность уравнения делает его применимым и в тех случаях, когда процесс идёт с изменением массы газа.(в отличие от уравнения Клапейрона, которое справедливо лишь для m = const ).

Задача 2 .(развитие самостоятельности мышления, математической грамотности, логического мышления, умений применять полученные знания в нестандартной ситуации). В баллоне содержится 2кг газа при температуре -3°С. Какое количество газа (по массе) нужно удалить из баллона, чтобы при нагревании до 7°С давление осталось прежним? (Объём не меняется).

В процессе обсуждения приёмов решения задачи, приходим к выводу, что в этом случае уравнение состояния применяется к каждому состоянию отдельно, и одно равенство делится на другое.

P=const Δm=m1-m2=1,03m2 -m2=0,03m2

V=const m2=2 кг /1,03=1,94 кг

Δ m-? Δm=2 кг -1,94 кг =0,06 кг

Особую наглядность при решении задач представляет графическая форма зависимости между величинами. Рассмотрим задачу на сравнение параметров газа в двух состояниях.

Задача3. (смена видов деятельности, активизация внимания, развитие логического мышления). Сравните объёмы газа в двух состояниях А и В.