Урок физики в 10 классе по теме "Газовые законы"
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

План-конспект урока по физике в 10 классе

по теме «Газовые законы».

Цель урока: Повторить изученный ранее материал, познакомить учащихся с изопроцессами, и на базе полученных знаний доказать справедливость газовых законов.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Задачи урока:

1. Образовательные:

◊ Изучить изопроцессы (история открытия, модель установки для изучения зависимостей между термодинамическими параметрами, графики изопроцесса, математическая запись закона, объяснение с точки зрения МКТ);

◊ Начать обучение учащихся решать аналитические и графические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы.

2. Воспитательные:

◊ Продолжить формирование познавательного интереса учащихся;

◊ В целях интернационального воспитания обратить внимание учащихся, что физика развивается благодаря работам ученых разных стран и исторических времён;

◊ Продолжить формирование стремления к глубокому усвоению теоретических знаний через решение задач.

3. Развивающие:

◊ Для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза;

◊ Осуществляя проблемно-поисковый метод самостоятельно получить из уравнения состояния Менделеева –Клапейрона газовые законы для изо процессов;

◊ Научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач.

Оборудование:  мультимедийная установка, презентация к уроку «Газовые законы», компьютерные диски «Сборник демонстрационных опытов: Молекулярная физика»

Ход урока

1)Повторение (10 мин).

2)Постановка проблемы (5 мин).

3)Решение проблемы (объяснение) (19 мин).

4)Обобщение (10 мин).

5)Подведение итогов. Домашнее задание (1 мин).

I.Повторение.

Проверка формул (на карточках формулы, где вместо знаков ? необходимо поставить буквы  - эстафетный метод).

(Слайд №1)

Одновременно один ученик у доски показывает решение домашней задачи.

Задача:

I. Актуализация знаний.

Тема нашего урока: «Газовые законы» (Слайд №2). Но прежде чем  перейти к основному изучению данной темы поговорим немного об основных понятиях, которые потребуются для объяснения увиденного.

 Фронтальный опрос.

Как называется модель на которой рассматривают состояние газообразных тел. (идеальный газ)

Какими параметрами характеризуется состояние идеального газа. (давление, объём, температура)

Как называются эти параметры. (макроскопические)

Какое уравнение связывает между собой эти параметры. PV=(m/M)RT

Как создаётся давление? (число ударов молекул)

Как термодинамический параметр давление связан с микроскопическими параметрами? (основное уравнение МКТ)

Как объём связан с микроскопическими параметрами? (объём обратно пропорционален концентрации)

II. Изучение нового.

Газовые законы - количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра. (Слайд №3)

При изучении газовых законов нужно помнить что три физические величины (m‚ Μ‚R являются const).  Многие процессы изменения состояния газов в природе и в тепловых машинах происходят так, что один из трех макроскопических параметров (V, P или T) остаётся или специально поддерживается постоянным. Два других параметра при этом изменяются.

На прошлом уроке, мы получили уравнение состояния идеального газа. И теперь зная это уравнение можно вывести все три газовых закона. Но в истории физики эти открытия были сделаны в обратном порядке: сначала экспериментально были получены газовые законы, и только потом они были обобщены в уравнение состояния. Этот путь занял почти 200лет.

Сегодня мы попробуем самостоятельно получить формулировки газовых законов.

По сравнению с 17-18 в. для вас эта задача значительно упрощена. Выступая в роли исследователей, вам самим придётся анализировать увиденное, делать выводы, объяснять результаты.

(Слайд №4) 

Итак, на сегодня на уроке мы установим зависимости между двумя термодинамическими параметрами при неизменном третьем.

 Учитель: (Слайд №5) Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами.

Скажите, а где мы встречаемся с газовыми законами на практике?

Учащиеся: приводят примеры.

Учитель: Начнем с того, что закон Бойля–Мариотта начинает «работать на человека» (как, впрочем, и на любое млекопитающее) с момента его рождения, с первого самостоятельного вздоха. При дыхании межреберные мышцы и диафрагма периодически изменяют объем грудной клетки. Когда грудная клетка расширяется, давление воздуха в легких падает ниже атмосферного (температура остается неизменной), и вследствие образовавшегося перепада давлений происходит вдох. Другими словами, воздух идет из окружающей среды в легкие самотеком до тех пор, пока величины давления в легких и в окружающей среде не выравняются.

Выдох происходит аналогично: вследствие уменьшения объема легких давление воздуха в них становится больше, чем внешнее атмосферное, и за счет обратного перепада давлений он выходит наружу.

Наша дальнейшая работа строится Следующим образом:

- Мы должны заполнить таблицу по изопроцессам.

- Кроме этого итогом урока будет решение качественных задач на построение и исследование графиков изопроцессов в различных координатных осях. 

Теперь рассмотрим каждый из представленных процессов подробнее и попытаемся установить для каждого из них связь между Т, р и V.  (Слайд №6)Учащиеся заполняют таблицу.

Изотермический процесс

Учитель Смотрим видеофильм «Изотермический процесс» При движении поршня объем, занимаемый газом, изменяется. Давайте заполним таблицу. (Ученик заполняет таблицу, комментируя свои действия. Определяет название процесса. )

Учитель: Теперь давайте дадим определение изотермического процесса.

Учащиеся: (Слайд №7)  Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называется изотермическим.

Учитель: Температура постоянна, а как же изменяются другие параметры? Чтобы ответить на этот вопрос, к какому уравнению мы должны обратиться?

Учащиеся: К уравнению Менделеева-Клапейрона.

Учитель: Давайте попробуем. (учащиеся работают в тетради, один ученик у доски, учитель дает пояснения). Что же мы получили?  

Учащиеся: (Слайд №8) Уравнение изотермического процесса. Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется.

Учитель: (Слайд №9) Полученный нами закон был открыт английским физиком Робертом Бойлем в 1662 году. Имя французского аббата Эдма Мариотта в названии закона появилось в 1676 году благодаря его работе “Речь о природе воздуха”, в которой были описаны опыты, аналогичные экспериментам Бойля, и при этом без ссылок на работы последнего.

Учитель: Еще раз вернемся к опыту. Если температура постоянна, как связаны между собой давление и объем? (учащиеся отвечают: при увеличении объема давление падает и, наоборот, при уменьшении объема давление увеличивается). 

Теперь рассмотрим графики изотермического процесса. Вначале зависимость р от V. Обозначим все постоянные величины через k, тогда р = k•1/V. Какая кривая является графиком такой функции?

Учащиеся: Графиком такой функции является гипербола. Зависимость давления газа от объема при постоянной температуре графически изображается кривой, которая называется изотермой. (Слайд №10, гиперссылка) Построим гиперболы для двух процессов, при которых Т2 > Т1. При повышении температуры давление согласно уравнению состояния увеличивается, если V=const. Поэтому изотерма, соответствующая более высокой температуре Т2, лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре Т1. (Слайд №11,12)   Постройте изотермы в координатах р, Т и V, T. (Учащиеся работают в тетради, а затем проверяют графики). (Слайд №13)

Учитель: Теперь перейдем к следующему процессу (изобарный и изохорный процесс рассматриваются аналогично изотермическому).

Изохорный процесс

Учитель: Смотрим видеофильм «Изохорный процесс». Давайте заполним таблицу. (Ученик заполняет таблицу, комментируя свои действия. Определяет название процесса. )

Учитель: Дайте определение изохорного процесса.

Учащиеся: (Слайд №14) Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических при постоянном объеме называется изохорным.

Учащиеся: (Один из учащихся выводит уравнение изохорного процесса на доске).

Учитель: (Слайд №15) Полученный нами закон был  установлен в 1787 г французским физиком Ж.Шарлем  и носит название закона Шарля. (Слайд №16)

Учитель: Еще раз вернемся к опыту. Если объем не меняется, как связаны между собой давление и температура?

Учащиеся: при увеличении температуры газа давление возрастает  и, наоборот, при уменьшении объема давление уменьшается. 

Учитель: Теперь рассмотрим графики изохорного процесса. Вначале зависимость р от Т. Обозначим все постоянные величины через k, тогда р = k•Т. Какая кривая является графиком такой функции?

Учащиеся: Графиком такой функции является прямая. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме графически изображается кривой, которая называется изохорой. (Слайд №17, анимация)

Учитель: Построим изохоры для двух процессов, при которых V2 > V1.  

Учащиеся: C ростом объема при постоянной температуре давление его согласно закону Бойля – Мариотта падает. Поэтому изохора, соответствующая большему объему V2, лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему V1. (Учитель показывает графики на слайде).  (Слайд №18,19)

Учитель: Постройте изохоры в координатах р, V и V, T. (Учащиеся работают в тетради, а затем проверяют графики по слайду). (Слайд №20)

Изобарный процесс

Учитель: Смотрим видеофильм «Изобарный процесс». Давайте заполним таблицу. (Ученик заполняет таблицу, комментируя свои действия. Определяет название процесса. )

Учитель: Дайте определение изохорного процесса.

Учащиеся: Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических при постоянном давлении называется изобарным. (Слайд №21)

Учащиеся: (Один из учащихся выводит уравнение изобарного процесса на доске).

(Слайд №22)

Учитель: Полученный нами закон был  установлен экспериментально в 1802 г французским  ученым Ж.Гей-Люссаком  и носит название закона Гей-Люссака.

(Слайд №23)

Учитель: Еще раз вернемся к опыту. Если давление не меняется, как связаны между собой объем и температура?

Учащиеся: при увеличении температуры газа объем возрастает  и, наоборот, при уменьшении объема                        уменьшается. 

Учитель: Теперь рассмотрим графики изобарного процесса. Вначале рассмотрим зависимость V от Т. Обозначим все постоянные величины через k, тогда V = k•Т. Какая кривая является графиком такой функции?

Учащиеся: Графиком такой функции является прямая. Зависимость объема газа от температуры при постоянном давлении графически изображается кривой, которая называется изобарой. (Слайд №24, гиперссылка)

Учитель: Построим изобары для двух процессов, при которых  p2 > p1.  

Учащиеся: C ростом давления объем газа при постоянной температуре его согласно закону Бойля – Мариотта уменьшается. Поэтому изобара, соответствующая более высокому давлению р2, лежит ниже изобары, соответствующей более низкому давлению р1. (Учитель показывает графики на слайде).  (Слайд №25, 26)

Учитель: Постройте изобары в координатах р, V и  р, T. (Учащиеся работают в тетради, а затем проверяют графики по слайду). (Слайд №27)

Мы познакомились с тремя изопроцессами: изотермическим, изобарным и изохорным. Все они вытекают из уравнения состояния идеального газа. Обратимся к слайду (Слайд №28)

 (учитель демонстрирует первый шаг 26 слайда). Если мы рассматриваем один и тот же газ, не изменяя его массу, то количество вещества данного газа тоже изменяться не будет и можно перейти к записи Клапейрона (второй и третий шаг 26-го слайда).

IV.Обобщение

А теперь переходим к решению задач. Рассмотрим способы решения задач на определение характера изменения основных макроскопических параметров.

(Cлайд №29-34)

1) (Cлайд №27)

Сравните макроскопические параметры, используя графики, которые представлены на рисунке.

Вывод:  для выяснения  характера изменения  параметра  необходимо проводить   соответствующие    ему  графики   изопроцессов   (изотермы, изобары, изохоры )

2) (Cлайд №28)

Используя рисунок выяснить увеличивается или уменьшается      давление газа в ходе процесса 1-2 ?

Решение: Проведем   изобары    через  точки 1 и 2. В ходе процесса  осуществляется       переход  с  изобары,  лежащей  выше,  на  изобару, лежащую   ниже,  значит, давление  газа в ходе  процесса 1–2 увеличивается.

3)(Cлайд №29) Рассмотрим способы решения задач на построение графиков изопроцессов.

V.Подведение итогов. Домашнее задание.

(Cлайд № 35, 36) Учитель подводит итоги урока, дает задание на дом.