Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы

Качество профессионального образования находится в
прямой зависимости от профессионально-педагогического
уровня педагогов.
КГБПОУ ЗПТ
МЕТОДИЧЕСКАЯ КОПИЛКА
г. ЗАРИНСК
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ
КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
«Заринский политехнический техникум»
Преподаватель физики
Малеева Татьяна Николаевна
ТЕМА:
«Уравнение
состояния
идеального
газа. Газовые
законы»
1
Тема урока: Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Дидактическая цель: 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.
Место урока в разделе "Основы МКТ": урок проводился в 10 классе
(5 человек всего в классе) после изучения основ молекулярно-кинетической
теории газов и понятия температура.
Дата проведения: 20.01.2016 г.
ТСО: презентация к уроку
План урока:
Этап урока
Время,
Вид деятельности
мин
Настрой учащихся
1 урок,
приветствие
6 Фронтальный опрос
на
1
Организационный момент
2
Проверка домашнего задания
3
Актуализация знаний
3
4
Изучение нового материала
25
5
Формирование умений практической
деятельности, закрепление изученного
материала
5
Решение задач, беседа
6
Подведение итогов
5
Домашнее
задание,
выставление отметок.
Фронтальная беседа
Беседа, рассказ учителя,
презентация материала
2
Ход урока:
При проведении урока используется презентация выполненная в
редакторе Мiсrоsоft PowerPoint - 2003.
1. Организационный момент (1 минута).
- Настрой учащихся на урок, приветствие, сообщение плана работы на
уроке.
2. Проверка домашнего задания (6 минут).
- учащимся предлагается ответить на вопросы по теме «Измерение
среднеквадратичной скорости молекул». Вопросы выводятся на экран с
помощью проектора.
Демонстрация слайда 2.
1.От чего зависит скорость движения молекул газа?
2.Записать формулу, по которой определяется среднеквадратичная
скорость молекул.
3.Кто впервые экспериментально определил среднеквадратичную
скорость молекул.
4.В чем заключается суть опыта Штерна?
5.Молекулы какого вещества движутся быстрее: углерода или азота?
Почему?
6.Скорость молекул газов составляет несколько сотен метров в
секунду. Почему же тогда запахи веществ распространяются значительно
медленнее?
3. Актуализация знаний (3 минуты).
Демонстрация слайда 3.
- Давайте вспомним, что такое идеальный газ? (Это модель газа
взаимодействие, между молекулами которого пренебрежимо мало.)
- Что мы называем макроскопическими параметрами? (Величины,
3
характеризующие состояние макроскопических тел без учета молекулярного
строения тел.)
- Какие величины относятся к макроскопическим параметрам?
(Давление, объем и температура.)
-
Что
мы
называем
основным
уравнением
МКТ
идеального
газа?(Закономерность, связывающие макроскопические параметры системы с
микроскопическими).
- Какие параметры связывает основное уравнение МKT идеального
газа? (Давление со скоростью, массой молекул и концентрацией.)
4. Изучение нового материала (25 минут).
- Сегодня мы познакомимся с еще одним уравнением теории
идеального газа, а также следствиями из него. Итак, тема нашего урока:
«Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы».
Демонстрация слайда 4. Учащиеся записываю тему в тетради.
- Давайте сформулируем цель нашего урока.
- Изучить уравнение состояния идеального газа и его следствия газовые законы. сформировать умения решать задачи с применением
полученных формул.
Демонстрация слайда 4.
- Так вот, если мы сказали, что основное уравнение МКТ связывает
между собой макро- и микропараметры, то другое уравнение - уравнение
состояния идеального газа связывает между собой макроскопические
параметры термодинамической системы.
Демонстрация слайда 5.
Определение:
закономерность
параметрами
Уравнение
выражающая
состояния
взаимосвязь
идеального
между
газа
-
это
макроскопическими
термодинамической
системы.
- Вспомним формулу зависимости давления от температуры и
4
концентрации и формулу концентрации.
p=nkT; n=N/V;
Демонстрация слайда 5.
- Подставьте выражение для концентрации в формулу для давления и
перенесите все макроскопические параметры в одну часть.
Демонстрация слайда 6.
- Данная формула является одним из видов уравнения состояния и
названа в честь ученого, который ее вывел - уравнение Клапейрона. Можно
записать еще один вид уравнения Клапейрона, если считать, что количество
молекул газа постоянно, то произведение постоянной Больцмана на
количество молекул, тоже величина постоянная. То тогда уравнение
Клапейрона будет иметь вид: рV/T=const или Р1 V1/T1 = Р2 V2/T2
- Уравнение Клапейрона не совсем удобно, потому что содержит
микроскопический параметр - количество молекул, который не может быть
измерен. Поэтому нам нужно от него избавиться.
- Обратим внимание на произведение двух постоянных величин k и Na.
Оно тоже будет величиной постоянной, поэтому заменим это произведение
постоянной R. Называется эта величина универсальной газовой постоянной.
Задание: рассчитайте значение универсальной газовой постоянной
- R = Na · k = 6,02 · 1023 моль-1 ·1,38 · 1023 Дж/К = 8,31 Дж/мольК
Демонстрация слайда 12.
- Из уравнения Менделеева-Клапейрона есть ряд следствий:
1.Определение плотности газа.
2.Газовые законы.
Демонстрация слайда 7
- Самым важны следствием уравнения являются газовые законы, хотя
они и были открыты другими учеными задолго до открытия уравнения
Менделеева-Клапейрона, но вытекают они именно из него. Газовые законы
характеризуют изопроцессы.
С помощью уравнения состояния можно исследовать процессы, в
5
которых масса газа постоянна: m = const
Количественные зависимости между двумя параметрами газа при
неизменном значении третьего параметра называют газовыми законами.
Процессы, протекающие при неизменном значении одного из
параметров: p, V, T - называют изопроцессами.
- Существуют три вида изопроцессов: изотермический, изобарный и
изохорный.
Демонстрация слайда 8-9
Изотермический
процесс
–
процесс
изменения
термодинамической системы при постоянной температуре.
состояния
Для идеального газа изотермический процесс описывается законом
Бойля-Мариотта.
Закон установлен экспериментально до создания молекулярнокинетической теории газов английским физиком Робертом Бойлем в 1662
году и французским аббатом Эдмоном Мариоттом, который описал
независимо от Бойля аналогичные опыты в 1676 году.
Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс, T=const)
m  const ,
T  const
pV  const
Для газа данной массы при постоянной температуре произведение давления
на объем постоянно.
р
р
V
Т1>Т2
Т1
Т2
0
V
0
Т
0
Т
изотермы
Закон Бойля-Мариотта справедлив для любых газов, а так же и для их
смесей, например, для воздуха. Лишь при давлениях, в несколько сотен раз
больших атмосферного, отклонения от этого закона становятся
существенными.
6
Демонстрация слайда 10-11
Изобарный процесс – процесс изменения состояния термодинамической
системы, протекающий при постоянном давлении.
Для идеального газа изобарный процесс описывается законом ГейЛюссака.
Закон установлен в 1802 году французским физиком Гей-Люссаком, который
определял объем газа при различных значениях температур в пределах от
точки кипения воды. Газ содержали в баллончике, а в трубке находилась
капля ртути, запирающая газ, расположенная горизонтально.
Закон Гей-Люссака (изобарный процесс p=const)
m  const ,
p  const
V
 const
T
Для газа данной массы при постоянном давлении отношение объема к
температуре постоянно.
p1
p
V
p
p2
p1<p2
0
T
0
T
0
изобары
V
Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в
цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре
обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня.
Демонстрация слайда 12-13
Изохорный процесс – процесс изменения состояния термодинамической
системы, протекающий при постоянном объеме.
Для идеального газа изохорный процесс описывается законом Шарля.
В 1787 году французский ученый Жак Шарль измерял давление различных
газов при нагревании при постоянном объеме и установил линейную
зависимость давления от температуры, но не опубликовал исследования.
7
Через 15 лет к таким же результатам пришел и Гей-Люссак и, будучи на
редкость благородным, настоял, чтобы закон назывался в честь Шарля.
Закон Шарля (изохорный процесс, V=const)
m  const ,
V  const
p
 const
T
Для газа данной массы при постоянном объеме отношение давления к
температуре постоянно.
V1
p
p
V
V2
V1<V2
0
T
0
T
V
0
изохоры
Изохорным можно считать увеличение давления газа в любой емкости
или в электрической лампочке при нагревании.
5. Формирование умений, закрепление полученных знаний. (5 минут)
Демонстрация слайда 14
Расположите номера процессов в соответствующие колонки таблицы
После заполнения проверка.
Демонстрация слайда 15.
Задание: Решить задачу.
Давление воздуха в велосипедной шине при температуре 42ºС равно 1,7·10
Па. Каким станет давление воздуха в шине при понижении температуры до
12ºС?
Проверка решения. Демонстрация слайда 16.
Дано:
t1 = 42ºC
СИ
315K
p1 = 1,7·105 Па
t2 = 12ºC
285K
Решение
процесс изохорный
ð1 ð2

Ò1 Ò2
ð2 
ð1Ò2
Ò1
8
p2 -?
1,7 105  285
ð2 
 1,5 105 Ïà
315
Ответ: 1,5·105 Па
Задание: Ответить на вопросы.
Демонстрация слайда 17.
1. Что называют уравнением состояния идеального газа?
2. Какая форма уравнения состояния содержит больше информации:
уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева-Клапейрона?
3.Почему газовую постоянную называют универсальной?
4.Какие изопроцессы характерны для газов?
5.Сформулировать газовые законы.
6. Подведение итогов (5 минут).
Демонстрация слайда 18
Домашнее задание:
§ 68-69
Упражнение 13 №1, №9.
Выставление отметок.
9