Урок по теме: «Уравнение Менделеева-Клапейрона»
методическая разработка по физике (10 класс) по теме

Урок по теме: «Уравнение Менделеева-Клаперона»

 Тип урока: Комбинированный урок с использованием современных информационных технологий, метода проектов.

Цель урока:   Познакомить учащихся с понятием уравнения состояния идеального газа. Рассмотреть физический смысл универсальной газовой постоянной.

1. Обучающие задачи: учащиеся находят общую зависимость (формулу), связывающую между собой все три макроскопические величины (p, V, T);

Знакомятся с универсальной газовой постоянной.

2. Развивающие задачи: учащиеся развивают активную мыслительную деятельность, волю, память, интеллект через задания исследовательского и поискового характера; повышают  уровень активности, самостоятельности и качества знаний, используя знания при решении практических задач.

3. Воспитывающие задачи: учащиеся знакомятся с работой учёных в развитии физики; повышают умение слушать и говорить перед незнакомой аудиторией; рассматривают практическую значимость приобретённых знаний; формулируют мотивацию учения.

 I этап: Приветствие учащихся (учитель отмечает отсутствующих, готовность к уроку)

Данный урок имеет мультимедийное сопровождение в виде компьютерной презентации с использованием слайдов, которые учащиеся наблюдают на экране большого телевизора(см.приложение № 1).

II этап: (на экране слайды, презентации):

1. Тема урока: «Уравнение Менделеева-Клапейрона»
2. Цель урока.
3. Задачи урока.
4. домашнее задание: параграф 52, задачи №2,4 с листа. Образец вклеить в тетрадь.

Учащиеся записывают в дневник.

Учитель: для того, чтобы познакомиться с выводом Уравнения М-К, нам необходимо вспомнить понятия, формулы, изученные на предыдущих уроках.

III этап: 

Учитель:

1. Назовите основные положения МКТ.
2. Доказательством, какого положения МКТ служит явление, показанное в фильме? (Видеофильм 2мин (см. приложение № 2), ответ: второго) А ещё?
3. Как можно доказать первое положение МКТ? Третье положение МКТ?

Учитель открывает левую часть доски сзади:

4. Расшифровать схему. (В пустые кружочки подставить недостающие величины)(см. приложение № 3)

7 человек выходят по очереди к доске.

Учитель (вопросы):

1. Как называется данная физическая величина?
2. В каких единицах она измеряется?

Учитель: Мы с вами повторили все физические величины и их единицы измерения, теперь я хочу обратить ваше внимание на схему на доске  (см. приложение № 3 ).

IV этап: Учитель устно задаёт вопросы и на правой части доски с помощью магнитов вывешивает схему (см. приложение № 4):

1. Какие три макроскопические параметра вы знаете? (ответ: P, V, T)
2. Почему их назвали макроскопическими? (ответ: Эти параметры характеризуют большие масштабы)
3. Назовите единицы измерения каждой из этих величин.(ответ: 1Па, 1м3, 1К)

Учитель перед классом ставит проблему – найти общую зависимость (формулу), связывающую между собой три макроскопические величины.

Учитель: Нам известны три формулы, которыми мы пользуемся:

p=nkT; n=N/V; N=m/M*Na

Учитель начинает вывод сам на основной доске:

p=N/V*k*T=1/V*m/M*Na*k*T

p=1/V*m/M*Na* k*T

p*V=m/M*Na* k*T

Далее: Мы видим произведение двух постоянных величин в физике.

Учитель переходит на левую переднюю часть доски,  делает вывод универсальной газовой постоянной( вывешивает на магнитах листы):

Na=6, 02*1023моль-1        

k=1, 38*10-23Дж/ k

 Учитель:

1. Как называются данные постоянные величины? (Постоянная Авогадро, постоянная Больцмана)
2. Каков физический смысл постоянной Авогадро? (физический смысл постоянной Авогадро-число атомов (или молекул), содержащихся в 1 моле  любого вещества)
3. Каков физический смысл постоянная Больцмана? (физический смысл постоянной Больцмана - является коэффициентом, переводящим температуру из градусной меры (k) в энергетическую (Дж) и обратно)

 Учитель: В физике произведение двух постоянных величин заменяют универсальной газовой постоянной и её обозначают:

На доске: R (эр)-универсальная газовая постоянная.

 Давайте найдём её числовое значение:

R=Na*k=6, 02*1023моль-1* 1, 38*10-23 Дж/k = 8, 31*1023*10-23 1/моль * Дж/k=8, 31 Дж/моль*k

         учитель вывешивает на правую часть доски

Рассмотрим её физический смысл:

Характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчёте на один Кельвин.

Учитель: Обратите внимание на листы на партах (вклеить в тетрадь)(см. приложение № 5)

Учитель снова возвращается на основную доску и завершает вывод Уравнение Менделеева-Клапейрона

Учитель: 

        или

 это и есть уравнение Менделеева-Клапейрона, его ещё называют уравнением состояния идеального газа.

Клапейрон - французский физик, работавший около 10 лет в России.

Менделеев - великий русский учёный.

Учитель: Какой газ называют идеальным? (ответ: идеальный газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало)

Учитель: Не только идеальный газ, но и любая реальная система – газ, жидкость, твёрдое тело – характеризуется своим уравнением состояния.

Знать уравнение состояния необходимо при исследовании тепловых явлений.

Что оно позволяет определить? Предоставляю слово докладчику.

Учащийся с докладом:

1. одну из физических величин, если две другие известны (это используют в терминах)

слайд:

2. зная уравнение состояния, можно сказать, как протекают в системе  в различные процессы при определённых внешних условиях.
3. зная уравнение состояния, можно определить, как меняется состояние системы, если она совершает работу или получает теплоту от окружающих тел.

Например: учитель демонстрирует опыт с колоколом воздушного насоса (шарик):

Опыт: меняем p, изменяется V, при T=Const

Учитель: Я предоставляю слово учащемуся:

Демонстрация опыта: шарик с водой, двухлитровая банка, сжечь бумагу, поместить в банку. Шарик сам опускается вниз.

Учащийся: вопрос классу:

 Слайды: 1.почему шар оказался в банке? Как изменяются p, V, T?

2.  составить вопросы по опыту: какая связь просматривается с другими темами физики? (домашнее задание)

V этап:

Учитель: приступаем к решению задач.  На столах перед вами лежат листы с условиями задач № 1,5,6.(см. приложение № 6) 

Учащиеся сами читают условие задачи:

1. Если T идеального газа увеличить в 2 раза, то как изменится p? (ответ в 2 раза).

2. если v идеального газа уменьшить в 3 раза, то как изменится p? (домашнее задание), (ответ в 3 раза).

Учитель: на столах у вас лежат листы с образцами решения и оформления расчётной задачи по этой теме. №3. Вклейте в тетрадь дома (см. приложение № 7).

VI этап: закрепление.

Учитель: вопросы: (слайд)

1. что нового вы сегодня узнали на уроке? ( ответ: уравнение Менделеева-Клапейрона, универсальное газовое постоянное)
2. Назовите мне все физические величины. Входящие в уравнение Менделеева-Клапейрона и их единицы измерения.

VII этап: выводы по уроку.

Слайд с задачами на урок. Учитель обращает внимание учащихся, что все поставленные задачи выполнены, цель достигнута.

Поблагодарить за урок.

Слайд: спасибо за урок.

Учитель сам у доски

№6 (с листа)

Дано:        СИ        Решение:

H2        p*V=m/M*R*T

Mh2= 2*10-3 кг/моль

V = 20 л        = 0, 02м-3        m= (p*V*M)/(R*T)        

p = 830 Па

tº = 17ºC        = 290 К        m= (830*0, 02*2*10-3)/8,31*290=

R=8,31Дж/моль*К        0, 014*10-3=1, 4* 10-5кг =  14 мг

 m - ?        Ответ: 14мг

[m] = Па*м3*(кг/моль) / (Дж/моль*К)*К = кг

P·V= ν·R·T

 ν = m/M

моль-1

NA=6,02·1023

Дж/К

К=1,38·10-23

Т = tº + 273

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Физический смысл универсальной газовой постоянной:  характеризует внутреннюю энергию моля идеального газа в расчете на один Кельвин.

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Дано:        Решение:        Вычисления:

N2        P=1/3 ρ        P = 1/3·1, 35·5002= 0,11МПа

                                   кг· м

ρ = 1, 35 кг\м3         [Р] =        = Па

            м3·с

P - ?

Ответ: 0,11 МПа

Задачи по теме: « Уравнения состояния идеального газа».

1. Если T идеального газа изменить, увеличить в 2 раза, то как измениться           P-?

2. Если V идеального газа уменьшить в 3 раза, то как измениться P-?
3. Какое количество вещества содержится в газе, если при давлении 200 кПа и температуре 240 К его объем равен 40 л?
4. Каково давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л при 12ºС, если масса этого воздуха 2 кг?
5. В каких слоях атмосферы воздух ближе к идеальному газу: у поверхности Земли или на больших высотах?
6. Определите массу водорода, находящегося в баллоне вместимостью

      20 л под давлением 830 Па при температуре 17ºС.

7. Газ занимает объем 100 л при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре 20ºС. Каково количество вещества газа? Сколько молекул газа в этом сосуде?
8. Определите температуру азота, имеющего массу 2 г, занимающего объем 830 см³ при давлении 0,2 МПа.
9. Баллон, вместимостью 40 л содержит 1,98 кг углекислого газа. Баллон выдерживает давление не выше 30·105  Н/м2. При какой температуре возникает опасность взрыва?
10. Газ массой 16 г при давлении 1 МПа и температуре 112ºС занимает объем1,6 л. Определите, какой это газ.
11. В баллоне вместимостью 200 л находится гелий под давлением 100 кПа при температуре 7ºС. После  подкачивания гелия его давление поднялось до 300 кПа, а температура  увеличилась до 47ºС. На сколько увеличилась масса гелия?
12. Найти массу природного горючего газа объемом 64 м³, считая, что объем указан при н.у. Молярную массу природного  горючего газа считать равной молярной массе метана (СН4).
13. Воздух объемом 1,45 м³, находящийся при температуре 20ºС и давлении 100 кПа, превратили в жидкое состояние. Какой объем займет жидкий воздух, если его плотность 861 кг/м³?
14. Баллон, какой вместимости нужен для содержания в нем газа, взятого в количестве 50моль, если  при максимальной  температуре 360 К давление  не должно превышать 6 МПа?
15. Определите плотность азота при температуре 27ºс  и давлении 100 кПа.

Дано:        СИ:        Решение:        Вычисления:

р=200кПа        =2∙105Па        P·V=√·R∙T        2∙105 · 4·10-2

Т=240К                                            P∙V        √=      8,31·240        =4 Моль

V=40л        =4·10-2м³     √=   R∙T        Па· м3

                                                              [√] =    Дж        ·К        =

                                                           Моль·К

√-?        Дж

R=8, 31  Моль∙к        =  Н ·м3·моль·К

             м²        =

        Дж·К

        Н·м³·моль

        =     Н·м·м²        =Моль

Ответ: 4Моль        

Дано:        СИ:        Решение:        Вычисления:

р=200кПа        =2∙105Па        P·V=√·R∙T        2∙105 · 4·10-2

Т=240К                                            P∙V        √=      8,31·240        =4 Моль

V=40л        =4·10-2м³     √=   R∙T        Па· м3

                                                              [√] =    Дж        ·К        =

                                                           Моль·К

√-?        Дж

R=8, 31  Моль∙к        =  Н ·м3·моль·К

             м²        =

        Дж·К

        Н·м³·моль

        =     Н·м·м²        =Моль

Ответ: 4Моль        

Дано:        СИ:        Решение:        Вычисления:

р=200кПа        =2∙105Па        P·V=√·R∙T        2∙105 · 4·10-2

Т=240К                                            P∙V        √=      8,31·240        =4 Моль

V=40л        =4·10-2м³     √=   R∙T        Па· м3

                                                              [√] =    Дж        ·К        =

                                                           Моль·К

√-?        Дж

R=8, 31  Моль∙к        =  Н ·м3·моль·К

             м²        =

        Дж·К

        Н·м³·моль

        =     Н·м·м²        =Моль

Ответ: 4Моль        

Дано:        СИ:        Решение:        Вычисления:

р=200кПа        =2∙105Па        P·V=√·R∙T        2∙105 · 4·10-2

Т=240К                                            P∙V        √=      8,31·240        =4 Моль

V=40л        =4·10-2м³     √=   R∙T        Па· м3

                                                              [√] =    Дж        ·К        =

                                                           Моль·К

√-?        Дж

R=8, 31  Моль∙к        =  Н ·м3·моль·К

             м²        =

        Дж·К

        Н·м³·моль

        =     Н·м·м²        =Моль

Ответ: 4Моль        

Дано:        СИ:        Решение:        Вычисления:

р=200кПа        =2∙105Па        P·V=√·R∙T        2∙105 · 4·10-2

Т=240К                                            P∙V        √=      8,31·240        =4 Моль

V=40л        =4·10-2м³     √=   R∙T        Па· м3

                                                              [√] =    Дж        ·К        =

                                                           Моль·К

√-?        Дж

R=8, 31  Моль∙к        =  Н ·м3·моль·К

             м²        =

        Дж·К

        Н·м³·моль

        =     Н·м·м²        =Моль

Ответ: 4Моль        

Дано:        СИ:        Решение:        Вычисления:

р=200кПа        =2∙105Па        P·V=√·R∙T        2∙105 · 4·10-2

Т=240К                                            P∙V        √=      8,31·240        =4 Моль

V=40л        =4·10-2м³     √=   R∙T        Па· м3

                                                              [√] =    Дж        ·К        =

                                                           Моль·К

√-?        Дж

R=8, 31  Моль∙к        =  Н ·м3·моль·К

             м²        =

        Дж·К

        Н·м³·моль

        =     Н·м·м²        =Моль

Ответ: 4Моль