Технологическая карта урока по физике в 10 классе по теме «Основное уравнение МКТ».

Технологическая карта урока по физике в 10 классе по теме «Основное уравнение МКТ».

Структура и ход урока.

 Содержание урока.

Здравствуйте дети, рада встречи с вами! Я приглашаю вас к совместной творческой работе на уроке. Мне хочется,  чтобы между нами было взаимопонимание и открытость, поэтому не надо бояться  ошибок и молчать. Будем общаться!

Вспомним основные положения МКТ.

«Блиц-опрос». Слайд№1-2

1. Назовите макропараметры идеального газа. (Давление, объем, температура, масса).

2. Какие микропараметры идеального газа вы знаете? (Масса молекулы, скорость молекулы, кинетическая энергия).

3. Что доказывает, что молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении. (Диффузия, броуновское движение)

4. Что общего и в чем различие между водой и водяным паром. (Молекулы одинаковы, скорость разная)

5.Какой газ можно назвать идеальным? Назовите три условия.  

(1. Молекулы – материальные точки; 2. Потенциальной энергией взаимодействия можно пренебречь; 3. Столкновения между молекулами являются абсолютно упругими).

 6.Почему газы легче сжать, чем жидкости? (У газов расстояние между молекулами больше, чем у жидкостей).

7. Что такое концентрация молекул? Как вычислить? Единицы измерения? (n=N/V; число частиц в единице объема; м^-3).

8. От чего зависит скорость движения молекул? (От температуры).

9. Что такое давление? Единицы измерения? (p -  давление; Па)

10. Вещество, которое не имеет формы и занимает весь предоставленный ему объем? (Газ).

О чем сегодня мы будем говорить? Выскажите свои  предположения. Обсуждают. Сегодня нам предстоит вывести основное уравнение МКТ, и выяснить от чего будет зависеть давление газа.

Слайд№3.

«…вы думаете, я собираюсь объяснять так, чтобы вы все знали и понимали? Нет, вы не сможете этого понять. Зачем же я хочу докучать вам, зачем вам сидеть и слушать все это… Моя задача – убедить вас не отворачиваться от того чего вы не понимаете». (Отрывок из книги Р. Фейнмана «КЭД – странная теория света и вещества»).

Изучение многих физических явлений начинается с их упрощения, выбора модели. Поэтому предлагаю выбрать вам модель и для нашего случая – изучения молекулярно-кинетических процессов.

Учащиеся предложат принять за модель молекулы кого-нибудь из присутствующих учеников. Тогда действуем по следующему плану. Слайд №4

1. Ставим вопрос.

2. Даем на него ответ в виде гипотезы.

3. Делаем эксперимент с выбранной моделью – моделируем процесс.

4. Проверяем ответ на реальной физической установке.

5. Делаем вывод.

Демонстрационная установка. На одном штативе закреплен наклонный желоб, на другом (расположен напротив первого штатива) горизонтальный стержень с  подвешенной к нему металлической пластиной. Внизу второго штатива ставим кювету с песком. Один из учеников должен придумать и провести опыты с установкой.

1. Вопрос. От чего зависит давление газа? Слайд№5

2. Ученики отвечают.

Сделаем предположение, что давление газа зависит от массы молекулы.

3. Моделируем процесс.

Модель №1. Хаотичное движение молекул. Движение группы учеников по классу.

Модель №2. Давление молекул на стенки сосуда.  Другая группа учеников закончила свое беспорядочное движение ударом ладоней о дверь класса, изображавшую стенку сосуда. Дверь приоткрылась, что свидетельствовало о давлении на нее.

Модель№3. Несколько учащихся с разной массой начали движение примерно с одинаковой скоростью. По очереди они ударяли ладонями в дверь, дверь открывалась по -  разному.

4. Проверяем ответ на реальной физической установке.

Ученик – экспериментатор опускает с одинаковой высоты шарики разной массы. Ударяясь о пластину, они  отклоняют ее на разные углы. 

5. Делаем вывод.

Давление идеального газа связано с тем, что молекулы газа беспорядочно движутся, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Учащиеся записывают вывод:  p зависит от m_0.

1. Вопрос. От чего еще зависит давление газа?

2. Ученики отвечают.

Сделаем предположение, что давление газа зависит от числа молекул в единице объема.

3. Моделируем процесс.

Модель №4. Группа учеников из 2 человек и группа из 5 двигаются с одинаковой скоростью и ударяют в дверь. Результирующее действие в первом случае было слабее, чем во втором.

4. Проверяем ответ на реальной физической установке.

Ученик – экспериментатор опускает с одинаковой высоты сначала один шарик, потом несколько. В первом случае пластина отклонилась - слегка, а во втором - сильнее.

5. Делаем вывод.

Учащиеся записывают вывод:  p зависит от n.

1. Вопрос.  Какие еще есть идеи?

2. Ученики отвечают.

Сделаем предположение, что давление газа зависит от  скорости движения молекул.

3. Моделируем процесс.

Модель №5. Два ученика одного роста и примерно одной массы двигаются по определенной траектории и ударяют в дверь. Первый ученик двигается медленно, а другой быстро. Результирующее действие в первом случае было слабее, чем во втором.

4. Проверяем ответ на реальной физической установке.

Ученик – экспериментатор опускает с разной высоты шарик. В первом случае, когда высота была маленькая,  пластина отклонилась - слегка, а во втором - сильнее.

5. Делаем вывод.

Учащиеся записывают вывод:  p зависит от v.

 С точки зрения математики, запись может иметь вид  p = km₀^an^bv^c _,

где k - константа, a, b, c – показатели степени, т.к. на данный момент мы не знаем вид строгой зависимости между исследуемыми величинами.

Сделаем анализ размерностей величин в уравнении.

[p] =Па=Н/м² = кг*м/с²м²=кг¹*м^-1*с^-2

[m₀^a]= кг^a

[n^b]= м^-3в

[v^c]= (м/с)^с = м^с * с^-с

Подставим все это в уравнение, получим: кг¹*м^-1*с^-2= кг^a * м^-3в *м^с * с^-с

Сравним показатели степеней в обеих частях уравнения. Вывод:  а=1, в=1, с=2. Следовательно, уравнение примет вид p = km₀nv²

Вспомним, что скорости молекул различны, поэтому взяли среднее значение квадрата скорости. Если предположить, что свои рассуждения мы проводили относительно одного из трех возможных направлений движений молекул в пространстве, то K= 1/3. Окончательно имеем вид уравнения: p = 1/3m₀nv². Это и есть основное уравнение МКТ, которое связывает макропараметры и микропараметры идеального газа. Мы его вывели, опираясь на эксперимент, свои рассуждения и теорию размерностей физических величин. А главным инструментом физических исследований стал язык математики. (Слайд№6)

Великий ученый Галилео Галилей писал: «Глубокая философия скрыта в великой книге – Вселенной, всегда открытой нашему пытливому взору. Но прочесть эту книгу можно, лишь научившись разбираться в ее языке, научившись читать буквы, из которых она состоит. А написана она языком математики и ее буквы – это треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без знания которых люди не смогут понимать в ней ни одного слова, и собьются с пути познания, словно в темном лабиринте». (Слайд№7)

Проверь себя! (Слайд№8)

Задачи.

1. При неизменной концентрации молекул идеального газа средняя квадратичная скорость теплового движения его молекул уменьшилась в 4 раза. Во сколько раз уменьшилось при этом давление газа? 

2. При неизменной концентрации молекул идеального газа средняя квадратичная скорость теплового движения его молекул увеличилась в 3 раза. Во сколько раз изменилось при этом давление газа?

3. При постоянном давлении концентрации молекул идеального газа увеличилась в 5 раз, а масса его не изменилась. Во сколько раз изменилась при этом средняя квадратичная скорость молекул газа?

4.  Давление 100 кПа создается молекулами газа массой 3*10^-26 кг при концентрации 10²⁵ м^-3. Чему равна средняя квадратичная скорость движения молекул?

Подведем итог нашей работы на уроке. (Слайд№9)

Учитель предлагает ответить на вопросы анкеты «Пора делать выводы».

Учащиеся. Пора делать выводы.

Я сам_____________________________________________________________

? Самым трудным  было___________________________________________

! Есть предложение__________________________