Тема открытого урока: «Уравнение Менделеева-Клапейрона. Газовые законы»

Тип урока: комбинированный

Технология урока: групповая технология.

Цель урока:

 1. Проведение контроля выполнения домашнего задания, оценка уровня полученных ранее знаний и умений.

2. Вывод связи между тремя макроскопическими параметрами идеального газа – уравнение Менделеева-Клапейрона, изучение част­ных слу­чаев перехода газа из одного состояния в другое (изопроцессы), когда неиз­мен­ной ве­ли­чи­ной яв­ля­ет­ся один из мак­ро­ско­пи­че­ских па­ра­мет­ров.

3. Развитие научного представления студентов о происходящих процессах в газах, физической речи, учебной активности и самостоятельности обучающихся; логического мышления; умения  выделять главное, анализировать, обобщать, делать выводы, развитие адекватной оценки и самооценки.

4. Воспитание дисциплинированности, аккуратности, ответственного отношения к учебному труду; формирование умения принимать решения, работать в коллективе.

Планируемые образовательные результаты.

1. Владение физическими понятиями: давление газа, основное уравнение МКТ идеального газа, параметры состояния газа, термодинамическая шкала температур, основное уравнение состояния газа, уравнение Клапейрона, уравнение Менделеева, универсальная газовая постоянная, изопроцесс, изотермический процесс, изохорный процесс, изобарный процесс, изотерма, изохора, изобара;
2. Знание единиц измерения параметров газа, закономерностей изменения параметров состояния газа при изопроцессах;
3. Владение газовыми законами: Бойля-Мариотта, Шарля, Гей-Люссака;
4. Умение обнаруживать зависимость между давлением газа и его микропараметрами, между давлением, его объемом и температурой;
5. Сформированность умения решать физические задачи с использованием основного уравнения МКТ, уравнения Менделеева-Клапейрона, газовых законов, читать и строить графики изопроцессов;
6. Сформированность умения применять газовые законы для объяснения физических явлений в природе и для принятия практических решений в повседневной жизни;
7. Владение методами описания, анализа полученной информации и обобщения.

Основные термины, понятия: основное уравнение состояния газа, уравнение Менделееа-Клапейрона, универсальная газовая постоянная, изопроцесс, изотермический процесс, изохорный процесс, изобарный процесс, изотерма, изохора, изобара.

Оборудование: индивидуальные листы, тесты, компьютер, мультимедийное оборудование, презентация PowerPoint.

Занятия в колледже проводятся «парами», т.е. продолжительность занятия составляет 90 мин. Данная тема рассчитана на 90 минут.

Предварительно были изучены взаимоотношения в группе, предпочтения общения обучающихся и уровень подготовки по дисциплине «Физика». Эта работа проведена была с целью формирования малых групп для работы на уроке. Сделана схема рассадки. Группы формируются по 4-5 человек, сидящих за соседними партами в одном ряду. Такой способ группировки позволяет форму работы (в парах, индивидуальная) без временных затрат.

Формы контроля и оценки результатов урока: устный опрос, тестовые задания, письменные задания (решение задач, заполнение таблицы).

Ход урока

• Организационный момент (2 мин).

Приветствие обучающихся, отметка отсутствующих в журнале, положительный настрой на работу.

• Актуализации знаний (10 мин.)

Сообщает, что изучают раздел «Основы молекулярной физики и термодинамики», тема «Основы молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ».

• Изучения нового материала (35 мин.)
• Закрепления полученных знаний. Решение задач. (20 мин.)
• Выполнение теста. Индивидуальная работа. (19 мин.)
• Оценочный этап. (2 мин.)
• Домашнее задание (2 мин).

Преподаватель:

- На предыдущем занятии вы выяснили, какая существует связь между давлением газа и его микропараметрами. Эта связь выражена основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа. Из известных формул мы выведем связь между тремя макроскопическими параметрами, запишем её в двух видах: в форме, полученной Клапейроном, и форме, полученной Менделеевым;

- Установим связь между тремя макроскопическими параметрами газа в газовых процессах, протекающих при постоянном значении одного из этих трёх параметров, или изопроцессах: изотермических, изохорных и изобарных. Итак, тема сегодняшнего урока: «Уравнение Менделеева- Клапейрона. Газовые законы».

(Слайд с темой урока, целью и задачами)

Записывают тему урока в тетрадь.

Умение ставить перед собой цели и задачи.

Актуализации знаний (10 мин.)

Фронтальный опрос, за правильный ответ в индивидуальной карте преподаватель ручкой особого цвета выставляет «+».

Вспомним основные понятия и величины, с которыми мы будем сегодня работать. Отвечают с места по поднятой руке или по назначению преподавателя.

1) Что в МКТ называется идеальным газом?      (Идеальный газ – это газ, в котором взаимодействием между молекулами можно пренебречь).

2) Какие параметры газа называются микроскопическими?     (Масса молекулы (атома) m_o,

средняя квадратичная скорость молекул - v, концентрация молекул – n).

3) Назовите макропараметры состояния газа, их обозначения и ед. изм. в СИ.   (Давление, объем и температура, Р – давление, ед. изм. в СИ – Па, V - объём, ед. изм. в СИ - м³, Т – температура, ед.изм. в СИ – К).

4) Как связана средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул с термодинамической температурой (формула)?         (  , где Е_к – средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц; Т - термодинамическая температура; k – постоянная Больцмана).

5) Как связана средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул со средней квадратичной скоростью движения?   (    где m₀ – масса молекулы; v - средняя квадратичная скорость молекул).

6) Что такое концентрация молекул? Как обозначают эту величину?   (Концентрация – отношение числа молекул к объёму.  , где n – концентрация; N - число молекул; V – объём).

7) Что называют количеством вещества? Как обозначается эта величина и в каких единицах измеряется?      (Количество вещества – это отношение числа молекул в данном макроскопическом теле к числу атомов, содержащихся в 12 г углерода (N_A):  Ед. изм. – моль).

8) Какое число молекул (атомов) содержится в 1 моле вещества? Как называется это число?         (В 1 моле содержится N_A= 6,02 ·10²³ моль ^-1. N_A – число Авогадро).

9) Что называют молярной массой?      (Молярная масса – масса 1 моля вещества).

10) Запишите основное уравнение МКТ идеального газа. Назовите величины, входящие в формульное выражение       (  p – давление газа, n – концентрация, m₀ - масса молекулы (атома), v – средняя квадратичная скорость движения молекул (атомов)).

Изучения нового материала (25 мин.)

На этом этапе работа организуется в группах. Преподаватель объясняет критерии оценивания работы на данном этапе.

- Как известно, основное уравнение МКТ идеального газа устанавливает зависимость давления от микропараметров. Но есть уравнение, которое связывает все три макроскопических параметра газа (давление, объём, температуру). Сейчас мы попытаемся это уравнение вывести.

1. Используя уравнение  ;   и   получите формулу зависимости p от T.

2.Учитывая, что  , запишите новое уравнение.

3. Преобразуйте уравнение таким образом, чтобы все макроскопические параметры оказались в левой части уравнения.

4. Рассмотрим полученное уравнение.

Впер­вые это уравнение вывел в 1834 г. фран­цуз­ский учё­ный Бэнуа Кла­пей­рон. Взяв толь­ко тот слу­чай, когда масса пор­ции газа по­сто­ян­на, а, сле­до­ва­тель­но, и ко­ли­че­ство ча­стиц по­сто­ян­но, он сде­лал вывод: т.к.  , то   - уравнение Клапейрона.

5. В 1874 г. рус­ский химик Дмит­рий Иванович Мен­де­ле­ев несколь­ко обоб­щил это урав­не­ние. Данное уравнение он рассмотрел для 1 моля вещества:

 моль, т.е. N= N_A.

Запишите новый вид уравнения.

6.Как вы заметили, в правой части стоит произведение двух постоянных величин, соответственно, результатом будет тоже постоянная величина. Эту постоянную назвали универсальной газовой постоянной и обозначили R.

 - уравнение Менделеева.

7. В случае произвольного количества вещества  , получаем: или

.

8. Учитывая, что  , где µ - молярная масса, получаем  - уравнение Менделеева-Клапейрона.

9.Рассмотрим частные случаи – процессы в газах, когда неизменной величиной является один из макропараметров. Такие процессы называют изопроцессами («изос» - равный). Изопроцессы в газах бывают изотермическими, изохорными и изобарными.

10. Начнем с изотермического процесса. Изотермическим процессом называется процесс в газах, протекающий при неизменном количестве вещества и постоянной температуре: v=const, T=const.

Сегодня мы рассматривали уравнение  . Для изотермического процесса следует вывод  - закон Бойля-Мариотта.

Или 

Из данного равенства можно составить пропорцию  . Откуда видно, что при изотермическом процессе давление газа обратно пропорционально его объёму.

Что является графиком обратной пропорциональности?

Графиком является ветка гиперболы – изотерма.

11. Изобарным (изобарическим) процессом называется процесс в газах, протекающий при неизменном количестве вещества и постоянном давлении: v=const, p=const.

Из  для изобарного процесса =>   - закон Гей-Люссака.

Откуда можно получить  , т.е. объём газа прямо пропорционален температуре.

Графиком является изобара.

Сле­ду­ет об­ра­тить вни­ма­ние на то, что на гра­фи­ке при­сут­ству­ет об­ласть, близ­кая к аб­со­лют­но­му нулю тем­пе­ра­тур, в ко­то­рой дан­ный закон не вы­пол­ня­ет­ся. По­это­му пря­мую в об­ла­сти, близ­кой к нулю, сле­ду­ет изоб­ра­жать пунк­тир­ной ли­ни­ей.

12. Изохорным (изохорическим) процессом называется процесс в газах, протекающий при неизменном количестве вещества и постоянном объеме: v=const, V=const.

Из  для изохорного процесса =>   - закон Шарля.

Откуда можно получить  , т.е. давление газа прямо пропорционально температуре.

Графиком является изохора:

Работа в группах: в группах выбираются обучающиеся, которые следят за работой группы и оценивают работу каждого с выставлением отметки в индивидуальную карту.

Записывают в тетради вывод формул, сверяют полученные результаты с готовыми на слайдах.

1.  .

Т.к.  , то

.

Т.е.  .

2.  .

3. Умножим обе части уравнения на V и разделим на T, получаем:

4. Записывают:   - уравнение Клапейрона.

5.   моль, т.е. N= N_A.

6. - универсальная газовая постоянная;

моль^-1* ·1,38·10^{-23  .}

 - уравнение Менделеева.

7. В случае произвольного количества вещества  , получаем:

или  .

8.Учитывая, что  , где µ - молярная масса, получаем   - уравнение Менделеева-Клапейрона.

9. Изопроцессы – процессы, протекающие в газах при постоянном количестве вещества и одном неизменном макропараметре.

10. Изотермический процесс: v=const, T=const.

Т.к. , v=const, T=const =>  - закон Бойля-Мариотта.

Или 

Т.е.   - (p ~ 1/V).

- гипербола.

Графиком является изотерма.

11. Изобарный (изобарический) процесс: v=const, p=const.

Из   =>   - закон Гей-Люссака.

Т.е.  =>  . ( V ~ T).

График – изобара.

Владение физическими понятиями: параметры состояния газа, уравнение Менделеева-Клапейрона, универсальная газовая постоянная, изопроцесс, изотермический процесс, изохорный процесс, изобарный процесс, изотерма, изохора, изобара.

12. Изохорный (изохорический) процесс: v=const, V=const.

Из   =>   - закон Шарля.

Или   =>  , (p ~ T).

График - изохора:

Закрепления полученных знаний. Решение задач. (14 мин.)

Работа в группах. Группы зарабатывают дополнительные балы, если предлагают обоснованные шаги при решении поставленной задачи.

Сейчас мы с вами выполним задания, пользуясь новыми знаниями.

1. Какое давление имеет 1 кг азота в объёме 1 м³ при температуре 27^о С?

Запишите, что дано и что найти.

Какое уравнение устанавливает связь между макропараметрами газа?

2. Даны графики процессов в различных системах координат

Найти во всех трех системах координат:

3.При температуре 27^оС давление газа в закрытом сосуде было 75кПа. Каким будет давление этого газа при температуре – 13^оС?

Умение решать физические задачи с использованием уравнения Менделеева-Клапейрона, газовых законов, читать и строить графики изопроцессов.

Развитие самостоятельности, аккуратности, внимательности.

Обобщение темы урока и первичный контроль знаний. (16 мин)

 1. Давайте подведем итог сегодняшнего урока. Что нового узнали на уроке? (Фронтальный опрос).

2. Заполните таблицу. На слайде таблица.

3. Выполните тестовые задания. (Выдача тестовых заданий).

4. Ключ к тесту и критерии оценивания.

- Какие вопросы остались непонятными для вас?

1. Пользуясь конспектом, учебником отвечают на вопросы.

2. Заполняют таблицу:

Оценочный этап. (2 мин.)

Выставление оценок за урок.

- Обратитесь к вашим индивидуальным картам. В течение всего занятия там появлялись отметки. Выведите среднее арифметическое за весь урок. Назовите свои отметки.

Каждый обучающийся по 3-4 отметкам (устные ответы, тест по д/з, работа на уроке, тест в конце урока) как среднее арифметическое определяют оценку за урок, ответственные в группах контролируют правильность и объективность выставления отметок.

Формирование ответственного отношения к оценке и самооценке; объективности оценки.

Домашнее задание (2 мин). Записывают домашнее задание.

1.Следующий урок – л/р. «Проверка закона Гей- Люссака».

2. Мякишев Г.Я. Физика 10 класс. Учебник. Москва. 2014.п.13-14 стр 37-44. Упр3 №7.

3. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. Москва. 1988. Стр 71 №512.

4*. По желанию: Подготовить сообщение об истории открытия газовых законов.

Дорогие, друзья! Наш урок подошел к концу. Оставьте ваши отзывы об уроке.

Всем спасибо за урок! Желаю Вам успехов на других занятиях.

Список использованной литературы:

1. Мякишев Г.Я. Физика 10 класс. Учебник. Москва. 2014.п.13-14 стр 37-44. Упр3 №7.
2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. Москва. 1988. Стр 71 №512.

Уравнение Менделеева-Клапейрона. Газовые законы

Вариант 1

Каждое задание оценивается в 1 балл.

1. Выражение   является

А) законом Шарля

В) законом Бойля-Мариотта

С) уравнением Менделеева-Клапейрона

Д) законом Гей-Люссака

2. При изохорном процессе в газе не изменяется (при т = = сonst) его:

А) давление        В) объём     С) температура         Д) молярной массе

3. Изобарный процесс в идеальном газе представлен графиком

4. Выражение   (p= соnst, т = соnst) является

А) законом Бойля-Мариотта

В) законом Гей-Люссака

С) законом Шарля

Д) уравнением Менделеева-Клапейрона

5. Изотермический процесс при т=const описывается уравнением

А) p₁V₁ =p₂V₂            В)                 С)              Д)  .

6. Нагревание на спиртовке воздуха в открытом сосуде следует отнести к процессу

А) изотермическому      В) изобарному     С) изохорному        Д) изопрацессу

7. Давление идеального газа при постоянном объеме с ростом температуры

А) увеличивается              В) уменьшается         С) не изменяется    Д) равна нулю

8. Какое выражение ошибочно? В уравнении  …

А) R- универсальна газовая постоянная

В) R=8,31 Дж/моль·К

С) R=k + N_A

Д) R=k·N_A

Критерии оценивания: «5» - 8 баллов; «4» - 6-7 баллов; «3» - 4-5 баллов» «2» - 0-3 балла.

Уравнение Менделеева-Клапейрона. Газовые законы

Вариант 2

Каждое задание оценивается в 1 балл.

1. Уравнением Менделеева-Клапейрона является выражение:

А) p₁V₁ =p₂V₂                 В)              С)                      Д) 

2. При изобарном процессе в газе не изменяется (при т = сonst) его:

А) давление                    В) объем                С) температура        Д) молярная масса

3. Изохорный процесс в идеальном газе представлен графи­ком

4. Выражение   при V = сonst, т == сonst является

А) законом Бойля-Мариотта

В) законом Гей-Люссака

С) законом Шарля

Д) уравнением Менделеева-Клапейрона

5. Изобарный процесс при m = сonst описывается уравнением:

А) p₁V₁ =p₂V₂           В)                С)                   Д) 

6. Медленное сжатие воздуха в сосуде поршнем следует от­нести к процессу

А) изотермическому                В) изобарному               С) изохорному

7. Давление идеального газа при Т = сonst с увеличени­ем объема …

А) увеличивается   В) уменьшается      С)) не изменяется     Д) равна нулю

8. Какое утверждение верное? В уравнении 

А) R – радиус молекулы газа.

В)  ;

С) 

Д) R=1,38·10^-23Дж/К.

Критерии оценивания: «5» - 8 баллов; «4» - 6-7 баллов; «3» - 4-5 баллов» «2» - 0-3 балла.

Тема урока: «Уравнение Менделеева-Клапейрона. Газовые законы»

Группа:  КТ-111

Дата проведения: __.09.2017

Тип урока: комбинированный

Технология урока: групповая технология.

Цель урока:

 1. Проведение контроля выполнения домашнего задания, оценка уровня полученных ранее знаний и умений.

2. Вывод связи между тремя макроскопическими параметрами идеального газа – уравнение Менделеева-Клапейрона, изучение част­ных слу­чаев перехода газа из одного состояния в другое (изопроцессы), когда неиз­мен­ной ве­ли­чи­ной яв­ля­ет­ся один из мак­ро­ско­пи­че­ских па­ра­мет­ров.

3. Развитие научного представления студентов о происходящих процессах в газах, физической речи, учебной активности и самостоятельности обучающихся; логического мышления; умения  выделять главное, анализировать, обобщать, делать выводы, развитие адекватной оценки и самооценки.

4. Воспитание дисциплинированности, аккуратности, ответственного отношения к учебному труду; формирование умения принимать решения, работать в коллективе.

Ход урока

• Организационный момент. (2 мин).

Приветствие обучающихся, отметка отсутствующих в журнале, положительный настрой на работу.

• Актуализации знаний. (10 мин.)
• Изучения нового материала. (35 мин.)
• Закрепления полученных знаний. Решение задач. (20 мин.)
• Индивидуальная работа. Выполнение теста. (19 мин.)
• Оценочный этап. (2 мин.)
• Домашнее задание. (2 мин).

Варианты правильных ответов