Конспект Урока 10 класс "Идеальный газ"

Тема:               Уравнение состояния идеального газа.                                                             Подстречная Н.А., учитель физики.  Урок­открытие с элементами исследования.  Урок проводится в 10 классе, после изучения темы основное уравнение МКТ.  (рассчитан на профильный уровень) Цели урока: Образовательные. Изучить математическую зависимость между тремя  макроскопическими параметрами p,V,T. Научить применять физические  законы при решении задач. Научить применять полученные знания.  Воспитательные. Активизировать потенциал каждого учащегося, чтобы  показать значимость полученных знаний. Активизировать работу мысли.  Развивать кругозор учащихся и патриотические чувства. Развивающие. Формировать умение вести беседу с помощью опорного  конспекта, выражать свои мысли правильным «физическим» языком.  Формировать умение выделять главное, обобщать и определять  межпредметные связи. Формировать умение наблюдать и анализировать  явления с физической точки зрения. Тип урока: изучение нового материала, с использованием элементов беседы. Эпиграф к уроку: «Посев научный взойдет для жатвы народной!»  (Дмитрий Иванович Менделеев) (слайд 1) Демонстрации: зависимость между объемом, давлением и температурой. Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, интерактивная доска,  презентация PowerPoint. Ход урока Проверяем выполнение домашнего задания.  I.           Повторение ранее изученного материала (фронтальный опрос). Учитель. Сегодня у нас необычный урок ­ урок­открытие с элементами  исследования, мы с вами познакомимся с очень важным уравнением,  уравнением Менделеева­Клапейрона. Поэтому вначале нашей работы решим с вами экспериментальную задачу.  Определим атмосферное давление в нашем кабинете.  Оборудование: термометр, линейка (рассуждения учащихся). Ученик. Термометром измеряют температуру, линейкой измеряют размеры  комнаты и вычисляют объем. Возникает вопрос, а как установить зависимость  между давлением, объемом и температурой? Учитель. Вывести физический закон, устанавливающий зависимость между  тремя макроскопическими параметрами — p, V, T; научиться использовать  закон при решении задач­  это  цель нашего урока. Учитель. Давайте вспомним, что такое идеальный газ? (слайд 2) Ученик. Идеальным газом называется математическая  модель реального газа.  Молекулярно­кинетическая теория рассматривает идеальный газ как  множество частиц (молекул), расстояние между которыми намного  превышает размеры самих частиц, находящихся в состоянии непрерывного  хаотичного движения, взаимодействие, между молекулами которого  пренебрежительно мало. Идеальный газ обладает кинетической энергией. Учитель. Скажите,  при каких условиях  газ можно считать идеальным? Ученик. Газ, удовлетворяющий следующим условиям:  Межмолекулярные взаимодействия отсутствуют. Взаимодействия молекул газа происходит только при соударениях, и  являются упругими. Молекулы газа не имеют объема – материальные точки. Учитель. Что называется концентрацией? Ученик. Концентрация – это физическая величина, показывающая число  молекул в единице объема. Измеряется в системе СИ в м ־³ . Учитель. Объясните физический смысл основного уравнения молекулярно­ кинетической теории. Ученик. Давление идеального газа обусловлено ударами молекул о стенку  сосуда, поэтому с помощью молекулярно­кинетической теории его можно  выразить через концентрацию молекул, средние скорости молекул и массу  одной молекулы. p=⅓nmoυ2 ­ основное уравнение МКТ (уравнение  Клаузиуса), устанавливает связь между микро­ и макромиром. (слайд 3) Изучение нового материала. II.           Постановка проблемного вопроса и решение его. Учитель. Какие параметры, характеризующие газ и процессы, проходящие в  нем, называются микроскопическими параметрами (микропараметрами). Ученик. Состояние идеального газа и процессы, проходящие в нем, будут  определяться количеством частиц (молекул), из которых состоит газ, и их  параметрами, такими как масса, диаметр, скорость, энергия и пр. (слайд  4),такие параметры называются микроскопическими или микропараметрами.  Учитель. Какие параметры, характеризующие газ, и процессы, проходящие в  нем, называются макроскопическими параметрами (макропараметрами)?  (слайд 5)  Ученик. Параметры, характеризующие свойства газа как целого называются  макроскопическими или макропараметрами. Учитель. Если состояние газа не меняется, то не меняются и эти параметры.  Назовите макропараметры, характеризующие газ? Ученик. p – давление, V – объем, T – температура. Учитель.  Макропараметры ­ температуру, объем, давление принято называть  параметрами состояния газа. Выведем уравнение, устанавливающее  зависимость между этими параметрами. (слайд 6)        III. Вывод уравнения состояния идеального газа.         1. Из основного уравнения МКТ идеального газа можно вывести  уравнение состояния идеального газа, связывающее между собой параметры  состояния p, V и Т. Если исключим из основного уравнения МКТ микроскопические параметры,  заменяя их на макроскопические параметры, используя известные  соотношения, получаем: p=nkT (1) Это уравнение позволяет по двум известным макроскопическим параметрам  (давлению и температуре газа) оценить микроскопический параметр  (концентрацию). Рассчитаем концентрацию молекул любого идеального газа при нормальных  условиях (н.у.): Нормальные условия: атмосферное давление p=1,013∙105 Па, температура 0°С, или Т=273,15К:  1025 n=p/kT=1,01∙105/(1,38∙10­23∙273)м Значение концентрации молекул идеального газа при нормальных условиях  называется постоянной Лошмидта.     2. Уравнение Клапейрона. Исходя из уравнения (1) получим новое уравнение. Если известно полное  число частиц газа N, занимающего объем V, то число частиц в единице объема  n=N/V,  N=const С учетом этого выражение (1) приводится к виду P=NkT/V  pV=NkT (2) pV/T=NkT  p1V1/T1=p2V2/T2= const Так как NАk=const. Для постоянной массы идеального газа отношение произведения давления на  объем к данной температуре есть величина постоянная. Выведенное нами уравнение связывает давление, объем и температуру,  которые определяют состояние идеального газа, называется уравнением  состояния идеального газа – уравнение Клапейрона (слайд 7) ־³≈2,7· м ־³ . Историческая справка (сообщение ученика, Приложение 1) В 1834 г.  Французский физик Б. Клапейрон, работавший длительное время в России  (Петербурге), вывел уравнение состояние идеального газа при постоянной  массе газа (m=const).(слайд 8) 3. Уравнение Менделеева – Клапейрона. Рассмотрим случай для произвольной массы газа  где NA = 6,02∙1023моль­1 — число Авогадро,  k=1, 38∙10­23 Дж/К — постоянная Больцмана R=kNA = 8,31Дж/ (моль∙К) — универсальная газовая постоянная. pV=m/M R T — уравнение Менделеева – Клапейрона­ уравнение состояния  идеального газа, связывающее три макроскопических параметра (давление,  объем и температуру) газа данной массы. (слайд 9) Историческая справка, (сообщение ученика, Приложение 2)  Обобщив уравнение Клапейрона и введя понятие универсальной газовой  постоянной, русский ученый Д. И. Менделеев в 1874 г. вывел общее уравнение для состояния идеального газа. (уравнение Менделеева – Клапейрона) (слайд  10) С помощью данного уравнения можно описывать процессы сжатия и  расширения, нагревания и охлаждения идеального газа.        IV.Закрепление изученного материала:             1.Беседа с учащимися по вопросам. (слайд 11) Учитель. Каковы нормальные условия для идеального газа? Ученик. Нормальные условия для идеального газа: атмосферное давление  p=1,013∙105 Па, температура t=0°С, или Т=273,15К:  Учитель: Какова концентрация молекул идеального газа при нормальных  условиях? Ученик: n=p/kT=1,01∙105/(1,38∙10­23∙273)м­3 2,7∙10 концентрации – число Лошмидта. Учитель: Какие величины характеризуют состояние газа?  Ученик: Макропараметры p, V, T.  Учитель: Как вы думаете, чем  отличается уравнение состояния газа от  уравнения Менделеева ­ Клапейрона? Какое из них полнее по содержанию?  Почему? Ученик: Уравнение состояния идеального газа для постоянной массы газа.  Уравнение Менделеева – Клапейрона для переменной массы газа Учитель. Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ? Ученик. R=NAk= 8,31Дж/ моль∙К – универсальная газовая постоянная 25м­3 , это значение  ≈               2. Решение задач у доски с помощью учителя. (слайд 12) Задачи (Приложение 3). Дополнительная задача. Для постоянной массы идеального газа отношение  произведения давления на объем к данной температуре есть величина  постоянная. Вычислите отношение произведения давления на объем к данной температуре, если газ находиться при нормальных условиях Зная из курса химии, что моль газа находиться при нормальных условиях:  атмосферное давление p0=1,013∙105 Па, температура t= 0°С, или Т0=273,15К,  молярный объем V0= 22,41∙10­3м3/моль): Подставим и получим  p0V0/T0=8,31 Дж/(моль∙К) R=8, 31 Дж/ (моль∙К) –универсальная газовая постоянная.          V. Подведение итогов урока:  Ученик. Цели урока мы достигли: вывели физический закон,  устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами — p, V, T; и использовали его при решении задач. Учитель. Уравнение состояния идеального газа ­ первое из замечательных  обобщений в физике, с помощью которых свойства разных веществ  выражаются через одни и те же основные величины. Основная задача физики  как науки ­ это нахождение общих законов, не зависящих от тех или иных  веществ. Газы, существенно простые по своей природе, дали первый пример  такого обобщения. (слайд 13)         VI. Сообщение домашнего задания: § 3.9, задачи №15­17. Литература:  Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков Физика. 10 кл. Профильный  уровень/ Из­во ­ Москва: Дрофа, 2006.