Государственное областное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

Методическая разработка

открытого учебного занятия

по дисциплине «ФИЗИКА»

на тему:

«Уравнение состояния идеального газа»

Преподаватель: Саранцева Маргарита Юрьевна

Липецк, 2015 г.

Технологическая карта урока

Преподаватель

Саранцева Маргарита Юрьевна

Специальность

Наладчик контрольно-измерительных приборов и автоматики

Время проведения

урочное

Регламент проведения

45 минут

Участники занятия

студенты I курса

Тема раздела рабочей программы

Молекулярная физика и термодинамика

Тема занятия

Уравнение состояния идеального газа

Тип занятия

урок изучения нового материала

Технология обучения

Объяснительно-иллюстративная, частично-поисковая, репродуктивная

Цели урока учебного занятия:

Образовательные: показать математическую зависимость между тремя макроскопическими параметрами p,V, T; научить применять физические законы при решении практических задач.

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.
Воспитательные: дать возможность почувствовать свой потенциал каждому студенту, чтобы показать значимость полученных знаний; побудить к активной работе мысли; развивать кругозор обучающихся и патриотические чувства гордости за свою страну, которая играла и играет в прогрессе человечества большую роль.

Методические: применение современных технологий, методов и средств обучения при проведении открытого занятия, активизация процесса обучения за счёт создания необходимых условий эффективной познавательной деятельности студентов, обеспечения творческого уровня освоения содержания учебного материала и способов действий.

Учебное занятие строится на следующих принципах:

- общедидактических:

• доступность и наглядность в обучении;

• сознательность и активность в обучении;

• оптимальное сочетание различных методов, форм и средств обучения;

• прочность и действенность результатов обучения;

- принципах обучения, демонстрирующих специфику профессионального образования:

• соответствие содержания обучения требованиям освоения умений и навыков учебной дисциплины;

• связь теории и практики в обучении;

• самостоятельность студентов в процессе обучения.

В учебном занятии используются следующие методы обучения и воспитания:

• словесные;

• наглядно-демонстрационные (интерактивные);

• практические;

• самостоятельная работа студентов.

Планируемые результаты:

Предметные:

• знать вывод физического закона;

• решать задачи на уравнение состояния идеального газа.

Метапредметные:

• уметь слушать собеседника и вести диалог; уметь признавать возможность различных точек зрения;

• использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа и интерпретации информации в соответствии с задачами урока;

• уметь излагать свое мнение и аргументировать свою точку зрения;

• активно использовать информационных средств и ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач.

Личностные:

• развивать навыки сотрудничества с преподавателем и сверстниками в различных ситуациях; умения не создавать конфликтов и находить выход из спорных ситуаций;

• формировать уважительное отношение к чужому мнению;

• осуществлять самоконтроль, взаимоконтроль

• оценивать свои достижения на уроке.

В учебном занятии применяются следующие методы контроля и проверки общих компетенций студентов:

• контроль студентов по ходу изучения теоретического материала;

• наблюдение за активностью студентов в решении проблемы и обсуждении полученных результатов;

• оценка творческой инициативы и компетентности студентов при выполнении поставленной задачи.

Обеспечение учебного занятия:

Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик, Физика 10 класс, компьютер, проектор, интерактивная доска, презентация к уроку

Ход урока:

Этапы урока

Содержание учебного материала.

Деятельность

преподавателя

Деятельность

студентов

Организационный

Приветствует обучающихся. Проверяет их готовность к занятию.

Приветствуют преподавателя.

Проверяют готовность к уроку (наличие тетради, учебника, задачника, технических средств).

Актуализация ранее усвоенных знаний

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?

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.
Что такое идеальный газ?

Назовите условия, при которых газ можно считать идеальным?

Что называется концентрацией?
Запишите и объясните физический смысл основного уравнения молекулярно-кинетической теории.

Какие параметры, характеризующие газ и процессы, проходящие в нем, называются микроскопическими параметрами (микропараметрами)?

Какие параметры, характеризующие газ, и процессы, проходящие в нем, называются макроскопическими параметрами (макропараметрами)?
Назовите макропараметры, характеризующие газ?

Температуру, объем, давление и некоторые другие параметры принято называть параметрами состояния газа. Выведем уравнение, устанавливающее зависимость между этими параметрами.

Термометром можно измерить температуру, линейкой измерить размеры комнаты и вычислить объем, барометром измерить атмосферное давление.

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.

Параметры, характеризующие свойства газа как целого называются макроскопическими или макропараметрами. p - давление, V - объем, T - температура.

Изучение нового материала

Как зависит давление газа от концентрации его молекул и температуры?

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).

Историческая справка (сообщение студента о жизни Клапейрона )

Рассмотрим случай для произвольной массы газа


(2) pV/T=kT


N=m·N_A/M

pV= mkN_AT/M


где N_A = 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 студента о жизни Менделеева)

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?

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.

p=nkT (1)

Надо измерить давление и температуру воздуха в комнате, объем комнаты и из уравнения состояния выразить и вычислить массу воздуха в комнате.

Закрепление изученного

Каковы нормальные условия для идеального газа?

Какие величины макропараметры характеризуют состояние газа?

Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ?

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 : V_o _?

Решение: pV=m/M R T уравнение Менделеева - Клапейрона, зная, что ν = m/M.

Получим pV= ν R T.

Подставим данные и вычислим: V_о = (1·8,31·273,15)/101300=0,0224 м³ = 22,4 л

Ответ: V_о = 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.

Нормальные условия для идеального газа: атмосферное давление p=1,013*10⁵ Па, температура t=0⁰С, или Т=273,15К:
Макропараметры p, V, T.

R=N_A k= 8,31Дж/ моль·К - универсальная газовая постоянная

Домашнее задание

§58, №10 стр. 162.

Итоги урока

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.

Поставленной цели мы достигли: вывели физический закон, устанавливающий зависимость между тремя макроскопическими параметрами - p, V, T; и использовали его при решении задач.