План-конспект урока
Уравнение состояния идеального газа.
Цели урока:
Образовательные. Показать математическую зависимость между тремя макроскопическими параметрами p,V,T. Научить применять физические законы при решении практических задач.
Воспитательные. Дать возможность почувствовать свой потенциал каждому учащемуся, чтобы показать значимость полученных знаний. Побудить к активной работе мысли. Развивать кругозор учащихся и патриотические чувства гордости за свою страну, которая играла и играет в прогрессе человечества большую роль.
Развивающие. Формировать умение выделять главное, обобщать и связывать имеющиеся знания со знаниями из других областей. Формировать умение наблюдать и анализировать явления, кратко и лаконично отвечать на вопросы. Осуществить межпредметные связи с математикой при выводе уравнения Менделеева - Клапейрона, развить навыки самообразования.
Тип урока: изучение нового материала.
Демонстрация: зависимость между объемом, давлением и температурой.
Оборудование: проектор, компьютер, экран, презентация Power Point.
Ход урока.
I. Проверка домашнего задания. Повторение ранее изученного материала.
( Фронтальный опрос).
Учитель. Здравствуйте ребята. Сегодня на уроке мы с вами разработаем план выполнения необычной, но интересной экспериментальной задачи, решением которой вы займетесь дома. Давайте подумаем, как можно определить массу воздуха в некотором помещении, например в кабинете физики или в вашей комнате дома. При решении задачи можно пользоваться оборудованием: термометром, линейкой, барометром и конечно же вашими знаниями по физике и вашими рассуждениями. Как мы можем применить данные приборы и какие величины можно с их помощью определить?
Ученик. Термометром можно измерить температуру, линейкой измерить размеры комнаты и вычислить объем, барометром измерить атмосферное давление.
Учитель. А как установить зависимость между давлением, объемом и температурой и массой газа? И это будет целью нашего урока: вывести физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами - p, V, T и массой газа; научиться использовать закон при решении задач.
Учитель. Что такое идеальный газ?
Учитель. Назовите условия, при которых газ можно считать идеальным?
Учитель. Что называется концентрацией?
Учитель. Запишите и объясните физический смысл основного уравнения молекулярно-кинетической теории.
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.
Такие параметры называются микроскопическими или микропараметрами.
Учитель. Какие параметры, характеризующие газ, и процессы, проходящие в нем, называются макроскопическими параметрами (макропараметрами)?
Назовите макропараметры, характеризующие газ?
Ученик. Параметры, характеризующие свойства газа как целого называются макроскопическими или макропараметрами. p – давление, V – объем, T – температура.
Учитель. Температуру, объем, давление и некоторые другие параметры принято называть параметрами состояния газа. Выведем уравнение, устанавливающее зависимость между этими параметрами.
III. Изучение нового материала
Учитель. Как зависит давление газа от концентрации его молекул и температуры?
Ученик. p=nkT (1)
Получим теперь с помощью данного равенства новое уравнение. Если известно полное число частиц газа N, занимающего объем V, то число частиц в единице объема
n=N/V,
С учетом этого выражение (1) приводится к виду
P=NkT/V
pV=NkT
pV/T=Nk (2)
Если N=const, то pV/T= const
p1V1/T1=p2V2/T2= const
Так как Nk=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)
ДЕМОНСТРАЦИЯ
Воздух в герметичном гофрированном сосуде переводят последовательно в состояния с разными значениями давления, объема и температуры. Для трех состояний вычисляют отношение произведения давления на объем к температуре и подтверждают справедливость уравнения Клапейрона.
Историческая справка (сообщение ученика о жизни Клапейрона )
3.Уравнение Менделеева – Клапейрона.
Рассмотрим случай для произвольной массы газа
(2) pV/T=kT
N=m·NA/M
pV= mkNAT/M
где NA = 6,02·1023 моль-1 - число Авогадро,
k=1,38·10-23 Дж/К - постоянная Больцмана
R=kN A = 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.
Историческая справка. (сообщение ученика о жизни Менделеева)
Учитель. Итак, мы получили уравнение состояния идеального газа для произвольной массы газа. Можем ли мы теперь используя полученное уравнение решить экспериментальную задачу, условие которой вы услышали в начале урока? Что для этого надо сделать?
Ученик. Надо измерить давление и температуру воздуха в комнате, объем комнаты и из уравнения состояния выразить и вычислить массу воздуха в комнате.
Учитель. Решение этой задачи вы выполните дома для одной из комнат. Отчет о проделанной работе оформите на двойном листе бумаги и принесите на следующий урок. Мы оценим полученные результаты и вы получите за эту работу оценки.
IV. Закрепление изученного материала.
Учитель. Каковы нормальные условия для идеального газа?
Ученик. Нормальные условия для идеального газа: атмосферное давление p=1,013*105 Па, температура t=00С, или Т=273,15К:
Учитель: Какие величины макропараметры характеризуют состояние газа?
Ученик: Макропараметры p, V, T.
Учитель. Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ?
Ученик. R=NA k= 8,31Дж/ моль·К – универсальная газовая постоянная
Задача № 1.Чему равен объем одного моля газа при нормальных условиях?
Даны нормальные условия: атмосферное давление p0=1,013·105 Па, температура t=00С, или Т0=273,15К, количество вещества ν=1 моль.
Найти : Vo _?
Решение: pV=m/M R T уравнение Менделеева – Клапейрона, зная, что ν = m/M.
Получим pV= ν R T.
Подставим данные и вычислим: Vо = (1·8,31·273,15)/101300=0,0224 м3 = 22,4 л
Ответ: Vо = 22,4 л объем одного моля идеального газа любого химического состава при нормальных условиях.
|
С Р «Уравнение состояния идеального газа»
|
С Р «Уравнение состояния идеального газа»
|
|
ВАРИАНТ №1
1. Как изменится давление идеального газа при увеличении температуры и объема газа в 4 раза?
А. Увеличится в 4 раза
Б. Уменьшится в 4 раза
В. Не изменится
2. В баллоне 0,1м3 находится 2г кислорода О2 при температуре 470С. Каково давление газа в баллоне?
|
ВАРИАНТ №2
1. Как изменится давление идеального газа при уменьшении температуры и объема газа в 2 раза?
А. Увеличится в 2 раза
Б. Не изменится
В. Уменьшится в 2 раза
2. Найдите объем водорода Н2 массой 1кг при температуре 270С и давлении 100кПа.
|
|
С Р «Уравнение состояния идеального газа»
|
С Р «Уравнение состояния идеального газа»
|
|
ВАРИАНТ №3
1. Как изменится давление идеального газа при увеличении температуры и объема газа в 3 раза?
А. Увеличится в 3 раза
Б. Уменьшится в 3 раза
В. Не изменится
2. Какова температура кислорода О2 массой 1,6·10-2 кг, находящегося под давлением 106Па и занимающего объем 1,6·10-3м3?
|
ВАРИАНТ №4
1. Как изменится давление идеального газа при уменьшении температуры и объема газа в 2,5 раза?
А. Не изменится
Б. Уменьшится в 2,5 раза
В. Увеличится в 2,5 раза
2. Сосуд емкостью 2·10-3м3 наполнен азотом N2 под давлением 2·105Па при температуре 270С. Определите массу азота в сосуде.
|
V . Домашнее задание:
§70 (Уравнение состояния идеального газа)
№493
Экспериментальная задача (определить массу воздуха в комнате)
VI. Итоги урока.
Ученик. Поставленной цели мы достигли: вывели физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами - p, V, T; и использовали его при решении задач.
Зная уравнение состояния, можно сказать, как протекают в системе различные процессы при определенных внешних условиях, например, как будет меняться давление газа, если увеличивать его объем при неизменной температуре, и т.д. Речь уже идет о газовых законах, которые активно работают в живой природе, широко применяются в медицине, технике и т. д.
Но об этом поговорим на следующих уроках.
|