Формирование понятия об области применения и границах применимости модели идеального газа

Слайд 1

Формирование понятия об области применения и границах применимости модели идеального газа Учащиеся 10 класса Жердевской СОШ: Бетин Николай, Быков Максим , Ефремов Максим . Р уководитель : Федянина Н.В , учитель физики

Слайд 2

Основная цель работы: - уточнить критерии, определяющие модель идеального газа; - подобрать задачи формирующие понятие об области применения и границах применимости модели идеального газа; - более подробно изучить модель реального газа; - познакомиться с понятием вырожденного газа; - успешно подготовиться к ЕГЭ по теме «Основы МКТ».

Слайд 3

Главы Для достижения этой цели мы ставим перед собой следующие задачи: - изучить литературу по теме: «Моделирование как метод научного познания»; - выяснить значение термина «Физическая модель» и ее роль в развитии научно-теоретических методов физики; - исследовать наиболее распространенные модели газового состояния, используемые в физике; - провести тестирование учащихся 10 класса МБОУ «Жердевская СОШ»; - проанализировать полученные результаты; - сделать вывод о целесообразности более полного изучения области применения и границ применимости моделей газа, позволяющее формировать теоретический стиль мышления.

Слайд 4

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ Под моделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте.

Слайд 5

Главы ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ИХ РОЛЬ В РАЗВИТИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ФИЗИКИ Одним из важных условий прочного усвоения знаний является обязательное включение каждого нового изучаемого факта в общую логическую систему той физической картины, которая должна быть сформулирована в сознании школьника в процессе обучения. Идеализированный объект →Следствия → Научные факты → Эксперимент Поэтому мы считаем необходимым познакомиться с определением, структурой и назначением научной теории.

Слайд 6

НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЁННЫЕ МОДЕЛИ ГАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ, ИЗУЧАЕМЫЕ В ФИЗИКЕ Идеальный газ — математическая модель газа, в которой в рамках МКТ предполагается, что: 1) потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих газ, можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией; 2) суммарный объём частиц газа пренебрежимо мал; 3) между частицами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги; 4) время взаимодействия междучастицами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями. Реальный газ — отличается от идеального газа существованием взаимодействия между его частицами (молекулами, атомами). Вырожденный газ — газ, на свойства которого существенно влияют квантовомеханические эффекты, возникающие вследствие тождественности его частиц. Вырождение наступает в условиях, когда расстояния между частицами газа становятся соизмеримыми с длиной волны де Бройля; в зависимости от спина частиц выделяются два типа вырожденных газов - ферми-газ, образованный фермионами (частицами с полуцелым спином) и бозе-газ, образованный бозонами (частицами с целым спином)

Слайд 7

СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ГАЗА В СОВРЕМЕННОЙ ШКОЛЕ Для того чтобы выяснить, как формируется понятие идеального газа мы решили провести опрос среди учащихся нашего класса. Опрос проводился посредством тестирования. В опросе приняли участие 20 учащихся. Респондентам были заданы вопросы по данной теме, которые мы нашли на официальном сайте ФИПИ [5] в открытом банке задач.

Слайд 8

СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ГАЗА В СОВРЕМЕННОЙ ШКОЛЕ

Слайд 9

В данном случае мы видим, что понятие об области применения и границах применимости модели идеального газа формируется в современной школе не достаточно чётко. При этом нельзя не отметить, что физико-математическая группа, занимающаяся по учебнику Касьянова В.А. Физика. 10 кл. профильный уровень, справилась с заданием лучше, таким образом, учебник Касьянова В.А. Физика. 10 кл. профильный уровень позволяет: уточнить критерии, определяющие модель идеального газа; подобрать задачи формирующие понятие об области применения и границах применимости модели идеального газа; более подробно изучить модель реального газа; познакомиться с понятием вырожденного газа; успешно подготовиться к ЕГЭ по теме «Основы МКТ».

Слайд 10

Анализ программ, учебников и методической литературы по проблеме исследования, а также установочного эксперимента, проведённого в 10 классе МБОУ «Жердевская СОШ», Тамбовской области показал, что понятие об области применения и границах применимости модели идеального газа формируется в современной школе не достаточно чётко; - не даются учащимся методологические знания о модельном характере физических теорий; - чтобы сформировать понятие о границах применимости модели, нужно выйти за рамки этой модели. Для этого в школе необходимо более подробно изучить понятие реального газа и дать понятие о квантовом вырожденном газе; - поскольку классический идеальный газ подчиняется статистике Масквелла-Больцмана, следует больше внимания уделить формированию статистических представлений;

Слайд 11

На основе изучения научной, научно-популярной и методической литературы отобран материал для изучения в средней школе: - Максвелловское распределение молекул по скоростям; - уравнение Ван-дер-Ваальса; - изотермы Эндрюса; - понятие о вырожденном газе.

Слайд 12

Перспективы дальнейшего исследования проблемы мы видим в поэтапном формировании понятия об области применения и границах применимости модели идеального газа. Определены следующие основные этапы: в 10 классе: - Более чёткое изучение мира молекул и формирование представления о статических закономерностях (Максвелловское распределение по скоростям). - Чёткое определение модели идеального газа, вывод основного уравнение МКТ и вывод следствий. - Выход за границы модели идеального газа - изучение реального газа. Введение понятия о вырожденном газе при изучении электронной теории проводимости металлов.

Слайд 13

в 11 классе: - В курсе физики при изучении соотношения неопределённости Гейзенберга продолжается формирование понятия о вырожденном по плотности газе. В курсе астрономии используются понятия об идеальном газе и вырожденном газе при изучении физической природы звёзд. Разработана система упражнений, конкретизирующая каждый этап изучения материала. Разработаны способы систематизации материала в виде оригинальных схем и таблиц, которые заполняются по мере изучения материала и на специальном уроке, посвящённом сообщению учащимся методологических знаний.

Слайд 14

В целом работа носила поисково-теоретический характер. Исследование в корне изменило наше представление о работе учителя, педагога. Задача апробации и уточнения разработанной методики будет служить продолжением нашей работы в будущем.

Слайд 15

ЛИТЕРАТУРА Новик И.Б. Гносеологическая характеристика кибернетических моделей. //Вопросы философии, 1963, №8, с.92 Фролов И.Т. Гносеологические проблемы. Т.1. – М., 1969, с.39 Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. физика. Учеб. для 10 класса общеобразовательных учреждений. 12-е издание. Москва 2004 Касьянов В.А. Физика учеб. для общеобразовательных учреждений 10 класс// Профильный уровень. 13-е издание. Москва 2013 http://85.142.162.119/os11/xmodules/qprint/afrms.php?proj=BA1F39653304A5B041B656915DC36B38 Бутурина Г.И., Логвинов И.И. Изучение темы «Основы кинетической теории газов» .//Физика в школе, 1967, №6, с.23.