Урок по теме "Насыщенные пары"
методическая разработка по физике (10 класс) по теме

10 класс

«Насыщенные пары и их свойства».

Экспериментальный урок с использованием метода векторных диаграмм  и метода аппликаций.

Эпиграф к уроку:

Татьяна пред окном стояла,

На стекла хладные дыша,

Задумавшись, моя душа,

Прелестным пальчиком писала

На отуманенном стекле

Заветный вензель: O да E

А.С. Пушкин Евгений Онегин.

Задачи урока:

а) образовательная:

1)повторить такие элементы знаний: процессы испарения и конденсации; объяснения процессов с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

2)сформулировать у учащихся новые элементы знаний: насыщенный пар; свойства насыщенного пара; сравнить насыщенный пар с идеальным газом.

б) развивающая:

1)познакомить с методом векторных диаграмм.

2)развивать мышление учащихся путем самостоятельного составления логически-структурных цепочек по изучению свойств насыщенных паров с применением векторных диаграмм.

3)развивать логическое мышление путем решения качественных задач.

4)формировать умение четко формулировать условия модельного эксперимента, изучая свойства насыщенных паров.

в) воспитательная:

1)способствовать формированию у учащихся чувства коллективизма при работе в творческих лабораториях.

2)умение решать бытовые проблемы.

3)умение сравнивать и обобщать.

Д\ Задание:  конспект  «насыщенные пары и их свойства»; качественные задачи.

Оформление доски:

На боковой доске написан эпиграф к уроку. Вывешены рисунки-карикатуры:   «из жизни молекул»  при испарении и конденсации.

С помощью металлических аппликаций смоделировано вещество в двух агрегатных состояниях: жидком и газообразном (металлические кружочки крепятся к металлической доске с помощью магнитов).

К металлической доске крепятся аппликации:

 №1: - моделирует взаимодействие глубинной и поверхностной молекулы жидкости с ее соседними  молекулами пара.

 №2:  - моделирует насыщенный пар при постоянной температуре:  (герметично закрытый сосуд, содержащий насыщенный пар и ось диаграммы);  

№3:  - моделирует сжатие насыщенного пара при постоянной температуре (герметично закрытый сосуд, содержащий насыщенный пар, с поршнем и ось диаграммы);

№4: - моделирует насыщенный пар  при различных температурных режимах и ось диаграммы;

№5: - график зависимости давления насыщенного пара  и идеального  газа от температуры.

Демонстрации.

Сосуд, содержащий подкрашенную жидкость с герметично подобранной крышкой – моделирует насыщенный пар.

. Изучение нового материала

1.Опережение

Учащиеся, используя свои рисунки из жизни молекул, металлические аппликации, моделирующие вещество в двух агрегатных состояниях и аппликацию №1, рассказывают о двух процессах: испарении и конденсации.

Предварительно, за несколько дней до урока, на боковой доске вывешивались вопросы по теме: «испарение и конденсация», чтобы ребята заранее могли познакомиться.  Примерные вопросы по теме: «испарение и конденсация»:

1.Определение процесса испарения.

2.Объяснения процесса испарения с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

3.На молекулы поверхности жидкости действуют силы молекулярного притяжения со стороны окружающих молекул, направленных внутрь жидкости. Почему же молекулы вылетают наружу?

4.Почему температура жидкости и пара одинакова, хотя жидкость покидают наиболее быстрые молекулы?

5.Почему при испарении температура жидкости понижается?

6.Какое условие необходимо выполнить, чтобы при испарении температура оставалась постоянной?

7.От чего зависит скорость испарения?

8.Определение конденсации

9.Объяснение процесса конденсации с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

10.От чего зависит скорость конденсации?     

2. Насыщенный пар.

Учитель:  «Дивное видел я в Славянской земле на пути своем. Видел бани деревянные, и разожгут их докрасна, и разденутся, и  будут наги, и обольются квасом, и возьмут прутья молодые, и бьют себя сами, и  того  добьются, что вылезут еле живы, и обольются водой студеной, и так оживут»- описание бани в русских летописях Х1 века. Не так-то просто построить хорошую баню, да и  «приготовить» пар, то есть, говоря научным языком, создать оптимальный микроклимат, тоже надо уметь. Наши предки умели это делать еще в Х1 веке, а вот объяснить, пожалуй, не могли.

Итак, в баню!  Вопросы:  1) почему, когда подбрасывают воду на горячие камни печи, в парной становится суше?  2) Почему нужно подбрасывать воду понемногу, а не вылить в каменку сразу шайку воды? 3) Почему нужно бросать именно кипяток, а не холодную воду? 4)  Зачем нужна лужа холодной воды у входа в парную? 5) Почему свежий пар вытеснят старый воздух парной?

Проблема: выяснить условия, при которых возможно превращения газа в жидкость и обратно.

 Условия модельного эксперимента:

а) герметично закрытый сосуд;

б) Т = const

в) Жидкость до начала эксперимента покрыта непроницаемой пленкой, предохраняющей ее от испарения.

Метод векторных диаграмм:

Vi- скорость испарения:  число молекул в единицу времени, покидающих жидкость;

Vk - скорость конденсации:  число молекул в единицу времени, возвращающихся обратно в жидкость.

На скорость испарения влияет температура: Т>→ Vi>;    Т< → Vi<

На скорость конденсации влияет плотность пара: P > → Vк>;       Р < → Vк <

Логически-структурная цепочка: T = const   →   Vi = соnst

Начало эксперимента:  с жидкости удаляется пленка, покрывающая ее до начала эксперимента,   часть  молекул переходит из жидкого состояния в газообразное состояние,    начинается процесс испарения.

Vи > Vк → Pп↑ → Vк ↑ → Vк=Vи → возникает динамическое равновесие между жидкостью и паром.

Составление цепочки сопровождается непрерывным построением диаграммы. В законченном виде это   отражает диаграмма №2 (аппликация 2).                       

Учащиеся дают определение насыщенного пара. Определение: пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. Динамическое равновесие имеет статический характер. Насыщенный пар образуется благодаря одновременному протеканию двух противоположных процессов, стремящихся компенсировать друг друга → противоречивость явлений природы.

3.Свойства насыщенного пара

а) зависимость давления и плотности насыщенного пара от объема

 Условия модельного эксперимента:

 1) температура постоянна:   (Т=  соnst )

2) начало эксперимента→ в сосуде насыщенный пар.

3) поршень опускается вниз, сжимая насыщенный пар.

Логически-структурная цепочка:

У доски составляет ученик, сопровождая непрерывным построением диаграммы.

Т= const  → Vi=const

Сжатие насыщенного пара:  V н.п  ↓  →   Рн.п ↑ →  Vк ↑  →  Vк>Vi →  нарушается динамическое равновесие между жидкостью и паром → Pп↓→ Vк↓→  Vк=Vi →  восстанавливается динамическое равновесие между жидкостью и паром при прежней плотности, концентрации и давлении пара.

Выводы делают учащиеся: Температура постоянна   (T =  const):  1)плотность и концентрация насыщенного пара не зависит от объема. 2)давление насыщенного пара не зависит от объема.  Учитель:  3) давление пара, при котором жидкость находится в динамическом равновесии со своим паром, называется давлением насыщенного пара.

Проблема: разрешите противоречие.         P=n × k × Т    n=N∕V

Т=const     Р = N×K×T∕V→  P ~ 1∕V:  V↑ → P↓;    V↓  →  P↑-?

Справедливо: m = const,  N = const

При сжатии насыщенного пара:  m≠ соnst;  N≠ const ;  P = const.

Учитель дает определения газа и пара.  Парами называется газообразные тела,  которые при обычных условиях могут существовать одновременно с жидкостью, из которой они образовались и относительно легко переходить в жидкое состояние.

Газами называется такие газообразные тела, для превращения которых в жидкое состояние необходимо применение низких температур, высоких давлений.

б) зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры.

Условия модельного эксперимента:

 1) при  t=o (начальный момент времени) → насыщенный пар: скорость испарения равна скорости конденсации (Vi  =  Vk);

2) нагревание насыщенного пара

Логически-структурная цепочка. У доски составляет ученик, сопровождая непрерывным построением диаграммы.

T↑ → Vi↑ → Vi>Vk   →    нарушается динамическое равновесие между жидкостью и паром:   Pп↑→ Vk↑ →  Vk=Vi →  восстанавливается динамическое равновесие между жидкостью и паром при большей плотности, концентрации и давлении. В законченном виде это отражает диаграмма № 4 (аппликация №4).

Вывод делают учащиеся:T↑→P↑ (плотность пара), P↑ (давление пара).

5.График зависимости давления насыщенного пара от температуры и выводы из него. Аппликация №5: Анализ графика и выводы из него:  

Идеальный газ:  T↑ → Vмол.↑ → Wk.↑ → Fуд.↑ → p↑

Насыщенный пар:T↑→ 1) Vмол.↑→ Wk. ↑→ Fуд.↑→ p↑

                                             2) М п.↑→ N мол.↑→Nуд.↑→ р↑

Вывод 1:Рн.п. растет быстрее,  чем Рид.г.  -    участок АБ

Вывод 2: главное различие насыщенного пара от идеального газа→ меняется масса пара  (mп.≠const )

Вывод3: давление насыщенного пара различных жидкостей при одинаковой температуре разное.

Вывод4: зависимость давления от температуры с помощью уравнения Менделеева - Клапейрона

PV=m∕M×R×T    p=m∕V  →  p=p×R×T∕M  →   идеальный газ: плотность является постоянной величиной   →давление прямо пропорционально абсолютной температуре   (Р ~ T);    насыщенный пар:  при его нагревании:  плотность, концентрация, масса не являются постоянными величинами, давление не прямо пропорционально абсолютной температуре:    (Т↑ → Р ↑↑) → - участок АВ.

Вывод 5. Участок ВС: температура:  ( T >>) → жидкость полностью испарилась; пар становится  не насыщенным;   давление прямо пропорционально температуре  → совпадает с графиком для идеального газа (анализ графика и выводы из него делают учащиеся вместе с учителем).

6.Практическое значение:  а) в теплотехнике - расчет паровых котлов на тепловых электростанциях; б) современные способы получения низких температур; в) сжижение газов.  (презентации учащихся).

2.И вновь баня:  (Ответы на поставленные вопросы)

3.Работа творческих лабораторий: а) «теоретиков», б) «метеорологии», в) «бытовых проблем», г) «человека».

4.Защита творческих лабораторий: (смотри: приложение - проблемы лабораторий)

Лаборатория «ТЕОРЕТИКОВ».

1.Почему вода в разреженном воздухе, под колоколом воздушного насоса испаряется чрезвычайно быстро?

2.Если на наковальню поместить несколько капель воды и ударить по ним тяжелым молотком, то возникает звук, похожий на выстрел?

3.Чем заполнено пространство, называемое «торричеллиевой пустотой»?

4.В жарко натопленной кухне открыли форточку. За окном сильный мороз. Что увидит наблюдатель, смотрящий на проем форточки из кухни? С улицы?

5.Равны ли между собой температуры жидкости и находящегося в динамическом равновесии с ней насыщенного пара?

Лаборатория «Метеорологии».

1.Почему изморозь (иней) на деревьях исчезает иногда без оттепели?

2.Влияет ли ветер на показания термометра?

3.Почему дождь охлаждает воздух?

4.В барометре над ртутным столбиком находятся пары ртути. Влияет ли давление паров ртути на показание барометра?

5.В рассказе  А.Серафимовича  «Лесная жизнь» есть такое место: среди темноты стояла тишина, но почудилось легкое почти неуловимое дуновение проснувшегося среди ночи ветерка. Торопливо и обрадованно мальчик послюнил палец и, подняв, стал медленно поворачивать.  С той стороны, откуда неуловимо тянул ветерок, в пальце почувствовалось ощущение холода. Быстро схватив шест, стал гнать плот по направлению ветра. Какое физическое явление использовано мальчиком для определения направления ветерка?

Лаборатория: «Бытовых проблем»

1.Почему, желая скорее высушить пол, на который пролита вода,  ее растирают по полу?

2.Почему белье скорее просыхает на чердаке при открытых слуховых окнах, чем в комнате, даже жарко натопленной?

3.Почему многие вещи, высыхая, коробятся?

4.Почему сырые спички не загораются?

5.Чернила на бумаге высыхают быстро, в открытой чернильнице долго, а в закрытой практически не высыхают? При каком условии чернила и в открытой чернильнице не высыхали бы?

Лаборатория: «Человека».

1.Почему в резиновой одежде трудно переносит жару?

2.Почему мы не получаем ожог, если кратковременно касаемся горячего утюга мокрым пальцем?

3.Как предохранить воду от испарения  при хранении в открытом сосуде?

4.В каком случае хлеб быстрее делается черствым: когда он хранится в закрытом шкафу или просто на столе?

5.Почему, купаясь в жаркий день, вы быстро высыхаете на ветру?

Подведение итогов:  анализ ответов, выставление оценок.