Ученики на Учителя.com


Решение графических задач на газовые законы

Тема – Решение графических задач на газовые законы.
Учебник - Физика. 10 класс: учебник для общеобразовательных организаций,
базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский под редакцией
Н.А. Парфентьевой. Москва, «Просвещение». 2022.
Цели урока:
Образовательные: формировать умение объяснять законы с молекулярной
точки зрения; изображать графики процессов; начать обучение учащихся
решать графические и аналитические задачи, используя уравнение состояния
и газовые законы; установление межпредметных связей (физика,
математика, биология).
Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса
учащихся; в целях интернационального воспитания обратить внимание
учащихся, что физика развивается благодаря работам ученых различных
стран и исторических времен; продолжить формирование стремления к
глубокому усвоения теоретических знаний через решение задач.
Развивающие: воспитывать умение слушать и вступать в диалог, участвовать
в коллективном обсуждении проблемы, объединяться в группы и строить
продуктивное взаимодействие, воспитывать ответственность и аккуратность.
Тип урока: комбинированный урок
Структура урока:
1. Организационный момент (1-2 мин.)
2. Повторение газовых законов (5Мин.)
3. Постановка проблемы (2 мин.)
4. Решение графических задач (20 мин.)
5. Самостоятельная работа (5 мин.)
6. Подведение итогов, оценки за урок (3 мин.)
7. Домашнее задание (5 мин.)
Организационный этап
Актуализация опорных знаний)
1. Какой газ называют идеальным в МКТ? (это газ, молекулы которого
представляют собой абсолютно упругие шарики бесконечно малого объёма,
взаимодействие между которыми проявляется только при
непосредственном столкновении их друг с другом или со стенками сосуда)
2. Дайте определение и приведите примеры макроскопических
параметров.(параметры, характеризующие макроскопическое тело, то есть
тело состоящее из большого числа молекул – давление объём и
температура)
3. Дайте определение и приведите примеры микроскопических
параметров. .(параметры, характеризующие микроскопическое тело, то
есть сами молекулы – число молекул и скорость движения молекул)
4. Что такое температура? В каких единицах она измеряется?(мера средней
кинетической энергии движения молекул (атомов) изолированной системы в
условиях её термодинамического равновесия, измеряется в Цельсиях,
Кельвинах, Фаренгейтах)
5. Какие макроскопические параметры используются в уравнении Менделеева –
Клапейрона? (давление, объём и температура)
6. Изопроцесс – процесс, при котором масса газа и один из его
термодинамических параметров остаются неизменными.
7.Газовый закон – количественная зависимость между двумя
термодинамическими параметрами газа при фиксированном значении
третьего.
У доски 3 учеников готовят ответы на вопросы изопроцессы. (ПРОВЕРКА
Д/З).Записать закон и дать формулировку.
Ученик отвечает. Все остальные слушают и исправляют.
Если использовать уравнение Менделеева для двух
состояний и считать ,что Т=const, то вся его правая часть будет величиной
постоянной: .
Полученная формула выражает закон, установленный опытным путем в
1662г. английским ученым Р.Бойлем и в 1667г. независимо от него
французским физиком Э.Мариотта:
Для данной массы газа при постоянной температуре произведение
объема газа на соответствующее ему давление есть величина
постоянная.
Данный процесс, протекающих при постоянной температуре,
называют изотермическим. (Закон Бойля – Мариотта)
.
2.Газ находится в условиях, когда постоянным сохраняется его
давление Р. Переход газа из одного состояния в другое, совершающийся при
постоянном давлении, называют изобарным. В этом случае постоянным
будет отношение объема газа к его температуре, из уравнения Клапейрона-
Менделеева следует, что седовательно, для данной массы
газа и постоянном давлении объем газа прямо пропорционален
абсолютной температуре.
Этот закон был установлен опытным путем в 1802г. французским
физиком Ж.Гей-Люссаком. Формулу закона Гей-Люссака, его можно
представить в виде:
при m=const.
3. Рассмотрим поведение газа в условиях, когда постоянным сохраняется его
объем V. Из уравнения Клапейрона – Менделеева следует, что в этом случае
постоянным будет отношение давления к его
температуре: при постоянном объеме давление газа прямо
пропорционально его абсолютной температуре.
Этот закон был экспериментально установлен французским
ученым Ж.Шарлем. Его можно проверить экспериментально.
Переход газа из одного состояния в другое, совершающийся при постоянном
объеме, называют изохорным процессом.
Обратите внимание на то, что основные газовые законы (Бойля – Мариотта,
Гей-Люссака и Шарля) представляют собой частные случаи уравнения
Клапейрона-Менделеева.
Подчиняются ли этим законам реальные газы?
Опыты показывают, что для всех реальных газов наблюдаются отступления
от рассмотренных выше газовых законов, которые особенно заметны при
больших давлениях и плотностях газа, а также при очень высоких или низких
его температурах.
Оказывается, реальные газы подчиняются рассмотренным законам
идеального газа при малых плотностях и при не очень высоких и не
слишком низких температурах.
Работа в парах..
Каждая пара получает лист с таблицей «Газовые законы» эта же таблица
учителем выносится на доску.
Каждая пара заполняет таблицу по одному из изопроцессов, после
выполнения один представитель от пары выносит данные на доску, ученики
сравнивают, дополняют и переносят в рабочие тетради.
Проблемный вопрос. Кто может изобразить изотерму, изобару, изохору
имеющих большее значение. Предлагаем изобразить. Дети испытывают
затруднения. Предлагаю решить задачи на сравнения и дополнить таблицу.
Сравнение.
Так же поступаем с изохорой и изотермой. Тем самым дополняем таблицу и
получаем «шпаргалку» для решения графических задач.
Приступаем к решению задач. Задача №1.
Сообщаю учащимся, что первый и второй процессы изменения состояния
газа разберём на доске. Опишем эти процессы газа отражённые на
соответствующих графиках. Третий и четвёртый процессы учащиеся будут
разбирать дома.
Учитель рассматривает процесс с газом изображенный на первом
графике.
- Из графика видно, что давление газа постоянно, значит процесс изобарный.
V2 V1 – т.е. объём газа увеличивается, поэтому, согласно закону Гей-
Люссака V/T = const, температура тоже увеличивается т. е. Т2 Т1.
Следовательно, этот процесс можно назвать изобарным расширением газа.
Далее учитель ведёт разбор 2 процесса происходящего с газом
изображенного на соответствующем графике под номером два.
- Рассматривая график 2 видим, что температура газа постоянна, давление
газа увеличивается р2 р1. По закону Бойля-Мариотта p·V = const,
следовательно, объём газа будет уменьшатьсяV2 V1. Этот процесс можно
назвать изотермическим сжатием газа.
Далее учащиеся самостоятельно разбирают процессы, происходящие с газом
под номерами 3 и 4. Учитель предлагает учащимся самостоятельно сделать
вывод. Что происходит с газом?
Вывод, который должны сформулировать учащиеся.
Процесс, происходящий с газом на графике 3 в координатах V(Т)
соответствует изобарному процессу, когда давление газа постоянно. При
этом объём газа уменьшается – это видно из графика. Следовательно,
процесс можно назвать изобарным сжатием газа.
Под номером 4 нарисована гипербола в координатных осях p(V), что
соответствует изотермическому процессу, когда температура газа постоянна.
При этом объём газа согласно графику увеличивается, следовательно,
процесс можно назвать изотермическим расширением газа.
Задание 2.
При выполнении второго задания учащиеся работают по вариантам.
На слайде № показаны четыре графика изопроцессов.
Учащиеся должны назвать эти процессы. Учащиеся I варианта проводят
анализ нечётных графиков, а учащиеся II варианта анализируют чётные
графики.
После выполнения задания в тетрадях учащиеся обмениваются тетрадями и
проверяют ответы соседа. Если мнение учеников в ходе проверки расходятся,
они могут обратиться к учителю, который выступает в качестве эксперта.
Ответы, которые должны сформулировать учащиеся.
I вариант. II вариант.
График 1. График 2.
1-2 – изохорное нагревание, 1-2 – изохорное нагревание,
2-3 – изотермическое сжатие. 2-3 – изотермическое расширение.
График 3. График 4.
1-2 – изохорное нагревание, 1-2 – изобарное расширение,
2-3 – изобарное сжатие. 2-3 – изохорное сжатие.
Задание 3.
Демонстрируется слайд № 4. На графиках показаны изопроцессы, но не
указаны оси координат. Учащимся необходимо указать оси координат.
Это задание учащиеся выполняют, работая в парах.
Ответы, которые должны сформулировать учащиеся.
I вариант. II вариант.
р (V) Т (р)
Дополнительный материал.
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.
Изотермическим можно приближенно считать процесс медленного
сжатия воздуха или расширения газа под поршнем насоса при откачке
его из сосуда. Правда температура газа при этом меняется, но в первом
приближении этим изменением можно пренебречь.
Однако газовые законы активно работают не только в технике, но и в
живой природе, широко применяются в медицине.
Закон Бойля-Мариотта начинает «работать на человека» (как, впрочем,
и на любое млекопитающее) с момента его рождения, с первого
самостоятельного вздоха.
При дыхании межреберные мышцы и диафрагма периодически изменяют
объем грудной клетки. Когда грудная клетка расширяется, давление
воздуха в легких падает ниже атмосферного, т.е. «срабатывает»
изотермический закон (pV=const), и в следствие образовавшегося
перепада давлений происходит вдох. Другими словами воздух идет из
окружающей среды в легкие самотеком до тех пор, пока величины
давления в легких и в окружающей среде не выровняются.
Выдох происходит аналогично: вследствие уменьшения объема легких
давление воздуха в них становится больше, чем внешнее атмосферное, и
за счет обратного перепада давлений он переходит наружу.(Видиоролик)
Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в
цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре
обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность
поршня.(Видиоролик)
Изохорным можно считать увеличение давления газа в любой емкости
или в электрической лампочке при нагревании.(Видиоролик)
Задание 4.
Это задание, как более сложное разбирается у доски. На слайде № 5
изображён сложный процесс с газом в координатных осях р(Т). Необходимо
определить, что происходит с
Газом.
газом?
Названные процессы один из учащихся записывает на доске.
1-2: V = const, по закону Шарля р1 /Т1 = р2/Т2, значит, если давление
уменьшается, то уменьшается и температура, т.е. происходит изохорное
охлаждение.
2-3: далее при р = const, по закону Гей-Люссака V2/Т2 = V3/Т3, объём
увеличивается и температура увеличивается, т.е. происходит изобарное
расширение.
Далее предлагается учащимся опираясь на информацию о графике
записанную на доске изобразить данные процессы в координатах р(Т) и V(Т).
Учитель предлагает, двоим учащимся, выйти к доске и нарисовать
изопроцессы газа в координатах р(Т) и V(Т). Остальные учащиеся работают в
тетрадях. После построения графиков на доске проверяется, правильно ли
учащиеся выполнили это задание. Если допустили ошибки при построении,
то исправляют. В итоге ученики должны получить графики указанные
допустили ошибки при построении, то исправляют. В итоге ученики должны
получить графики указанные
Проверочная работа
1. Как изменится давление идеального газа при увеличении объёма газа в 2
раза? (при изотермическом процессе)
А) Увеличится в 2 раза В) Не изменится
Б) Уменьшится в 2 раза Г) Уменьшится в 4 раза
2 Как изменится давление идеального газа при увеличении абсолютной
температуры в 2 раза? (при изохорном процессе)
А) Увеличится в 4 раза В) Увеличится в 2 раза
Б) Уменьшится в 4 раза Г) Уменьшится в 2 раза
3.Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно.
Это закон:
А) Шарля, Б) Гей-Люссака, В) Бойля-Мариотта, Г) Клапейрона.
4.Для газа данной массы отношение давления газа к его абсолютной
температуре постоянно. Это закон:
А) Шарля, Б) Гей-Люссака, В) Бойля-Мариотта, Г) Клапейрона.
5.Какой из приведенных ниже графиков соответствует изобарному
расширению?
6.Какой из приведенных ниже графиков соответствует изотермическому
расширению?
Итог урока: выставление оценок.
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: