Методическая разработка урока "Газовые законы. Изопроцессы"

Газовые законы. Изопроцессы. Цели урока: Образовательные: изучить изопроцессы (история открытия, модель установки для  изучения зависимостей между термодинамическими параметрами, графики изопроцесса, математическая запись закона, объяснение с точки зрения МКТ); научить учащихся решать аналитические и графические задачи, используя уравнение  состояния и газовые законы. Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса учащихся; в целях интернационального воспитания обратить внимание учащихся, что физика  развивается благодаря работам ученых разных стран и исторических времён. Развивающие: продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и  синтеза. Тип урока: изучение нового материала. Методы урока: объяснительно ­ иллюстративный, поисковый, исследовательский,  проблемный. Оборудование: ПК, мультимедийная установка, презентация к уроку, интерактивная  доска. (Сопровождение ­  презентация к уроку) Ход урока І. Мотивационный этап. На прошлом уроке, мы получили уравнение состояния идеального газа. И теперь зная  это уравнение можно вывести все три газовых закона на сегодняшнем уроке. Но в  истории физики эти открытия были сделаны в обратном порядке: сначала  экспериментально были получены газовые законы, и только потом они были обобщены в  уравнение состояния. Этот путь занял почти 200 лет. II. Актуализация знаний. Как называется модель на которой рассматривают состояние газообразных тел?  (идеальный газ) Уравнение Менделеева­Клапейрона – уравнение состояния идеального газа,  связывающее три макроскопических параметра (давление, объём и температуру) данной  массы газа. Что мы можем сказать об этом уравнении? (Слайд 2) Ответ учащихся: Уравнение Менделеева­Клапейрона справедливо для идеального газа любого  химического состава. Единственной величиной определяющей специфику газа, является молярная масса.  Какими параметрами характеризуется состояние идеального газа? (давление, объём,  температура) Состояние данной массы газа однозначно определяется заданием любых  макроскопических параметров (P, V), (P, T) или (V, T). Третий  параметр T, V, P соответственно определяется из уравнения Менделеева­Клапейрона. С помощью уравнения состояния можно описывать процессы сжатия и  расширения, нагревания и охлаждения идеального газа. III. Изучение газовых законов. Количественные зависимости между двумя параметрами  газа одной и той же массы при  неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами (слайды 3­4). Процессы протекающие в идеальном газе постоянной массы при неизменном значении  одного из параметров, называются изопроцессами (слайд 5). Изопроцесс– это идеализированная модель реального процесса, которая приближенно  отражает действительность. 1. 1. 2. 3. Изучение изопроцессов. (Деятельность учащихся: наблюдая анимацию данного  процесса определяют  его  особенность и при помощи учителя записывают и  формулируют закон). T= const Изотермический процесс.(Закон Бойля­Мариотта. Роберт Бойль; Эдм Мариотт.) pV=const.  Для постоянной массы газа при неизменной  температуре, произведение давления  на объем есть величина постоянная. (Слайды  6­8) Анализируют графики изотерм. Р = const Изобарный процесс (закон Гей­Люссака) V/T=const. Для постоянной  массы газа при неизменном давлении, отношение объема к температуре есть  величина постоянная. Анализируют графики изобар. (Слайды 9­13) V = const Изохорный процесс (закон Шарля). p/T=const. Для постоянной массы  газа при неизменном давлении, отношение давления  к температуре есть величина  постоянная. Анализируют графики изохор. (Слайды 14­16) График изопроцесса Связь  между  другими  параметра ми pV=const или P1V1=P2V2 Опорный конспект: Название  изопроцесса Постоян ный  параметр T= const Изотермическ ий  (закон Бойля­ Мариотта. 1662г –  Роберт  Бойль; 1676 г – Эдм  Мариотт.) V = const Изохорный (закон  Шарля, 1787  г.) p/T=const Р1/Р2=Т1/T2 Объяснение  связи между  параметрами  Число ударов  пропорциональн о числу частиц в единице объема (n=N/V) объем  увеличивается, а концентрация  уменьшается  следовательно  давление  уменьшается. Увеличение  температуры  газа означает  увеличение  средней  кинетической  энергии  теплового  движения  частиц. При  постоянном  объёме это  приводит к  увеличению  числа ударов  частиц о  единицу  площади  поверхности  стенки в Р = const Изобарный  (закон Гей­ Люссака , 1802 г.) V/T=const Или  V1/V2=T1/T2 единицу  времени, то есть к увеличению  давления. Рост  температуры  означает  увеличение  средней  кинетической  энергии  теплового  движения  молекул газа.  Чтобы  поддерживать  давление  постоянным,    необходимо не  допустить  увеличения  числа ударов о  единицу  площади  поверхности  стенки IV. Закрепление. (Слайд 17) Задача 1. Баллон вместимостью V1 = 0,02 м3, содержащий воздух под давлением р1 =  4∙ 105 Па, соединяют с баллоном вместимостью V2 = 0,06 м3, из которого воздух  выкачан. Определите давление р, которое установится в сосудах. Температура  постоянна. Решение. Воздух из первого баллона займёт весь предоставленный ему объём V1 + V2.  По закону Бойля—Мариотта p1V1 = p(V2 + V1). Отсюда искомое давление p =   = 105 Па P1V1 V2+V1 Задача 2. В запаянной пробирке находится воздух при атмосферном давлении и  температуре 300 К. При нагревании пробирки на 100 °С она лопнула. Определите, какое максимальное давление выдерживает пробирка. Решение. Объём воздуха при нагревании остаётся постоянным. Для определения давления в пробирке при нагревании до 100 °С применяем закон  Шарля   =  P1 T1 P2 T2 По условию Т2 = 400 К. Заметим, что изменение температуры по шкале Кельвина равно  изменению температуры по шкале Цельсия. Тогда давление P2 =  P1 T1 T2=1,25атм.          Однако разорваться пробирке мешает атмосферное давление. Тогда окончательно  давление, которое может выдержать пробирка, рmах = ратм + р2  Задача 3. При нагревании газа при постоянном объёме на 1 К давление увеличилось на  0,2 %. Чему равна начальная температура газа? Решение. Газ нагревается при постоянном объёме — процесс изохорный. По закону   2,25 атм. ≈ Шарля    =   где Т2 = Т1 + ΔТ. Из условия задачи следует, что р2 = p1∙1,002, т.  P1 P2 P1 T1 T2 T1 е.   P1∙1,002 = T1+∆T ,  откуда Т1 = ΔТ/0,002 = 500 К. Тест  Вариант 1 1.Идеальный газ в сосуде постоянного объема нагревается от  C до  1 127t 0 2 221t 0 C.Чему равно  отношение давления идеального газа? А.227/127        Б.127/227           В.5/4          Г.4/5 2.Идеальный газ в сосуде при p = const  нагревается от  C до 27t 1 0 2 227t 0 C .Чему  равно отношение  объемов V2/V1  идеального газа? А.27/227                     Б.227/27               В.5/3                 Г.3/5 3.Чему равно отношение  давлений в сосудах, если  T = const, а объем увеличился  в 2  раза? А.                                                В.                               Б.   1 pp 1 / 2 1 1 pp 2 / 2 p 2 / p 1 1 2 4.Как изменяется давление идеального  газа при переходе из состояния 1 в состояние  2(рис. 1) V, 3м    1     2 р, Па     1                   2 0 Рис. 1   Т,К         0                                     Т,К Рис.2 А. Остаётся неизменным          Б. Увеличивается             В. Уменьшается                             Г. Может уменьшаться или увеличиваться             Д.Не знаю  5 Газ переведен из состояния 1 в состояние 2 (рис.2) Какой это процесс? Как изменится  плотность газа? А. Изобарный; плотность газа уменьшилась Б. Изобарный; плотность газа увеличилась В. Изотермический; плотность газа уменьшилась Тест  Вариант 2 1.Как изменится давление идеального газа при уменьшении его объема в 4 раза?(процесс изотермический) А. Увеличится в 4 раза          Б. Не изменится, т.к. T=const      В.Уменьшится в 4 раза 2.Идеальный газ при изохорном процессе нагревают от  С. Во  С до 27t 1 0 54t 2 0 сколько раз изменится давление в сосуде? А.Уменьшится в 2 раза                Б. Увеличится в 2 раза                            В. Не изменится 3.При изобарном процессе объем идеального газа увеличился в 10 раз. Как изменится  температура? А.Увеличится в 10 раз.        Б.Уменьшится в 10 раз.      В. Не изменится                               Г. Увеличится в 1,2 раза р, Па V, 3м 2 1 2 1 0 Т, К Рис. 1 0 Рис. 2 Т,К 4.Как изменится объем идеального газа при переходе из состояния 1 в состояние 2  (рис.1)? А. Останется неизменным          Б. Увеличится            В. Уменьшится                                 Г. Может увеличиться или уменьшиться      Д. Не знаю 5. Газ переведен из состояния 1 в состояние 2 (рис.2). Какие изменения произошли в  состоянии газа? А. Температура уменьшилась, объём не изменился, давление, и масса газа увеличились Б. Температура и давление уменьшились, объём и масса увеличились. В. Температура газа понизилась, давление уменьшилось. Остался неизменным объем при неизменном газе. Ответы (слайд 18):  Вариант 1:  1.Б     2.Б     3.В     4.Б     5.А Вариант 2:  1.А    2.Б      3.А    4.В     5.В V. Домашнее задание(слайд 19). §4.6