Тема: «Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа». Задачи урока: - введение формулы основного уравнения МКТ идеального газа; - формирование знаний о механизме возникновения давления в газе; - формирование практических умений при решении задач с использованием основного уравнения МКТ; - развитие мышления, воображения при обсуждении материала; - развитие речи при ответах учащихся, умения правильно строить предложения, четко и аргументировано доказывать свою точку зрения. План урока: № Этапы урока Время, п/п мин 1 Организационный 2 момент 2 Актуализация знаний 3 3 Изучение нового ма20 териала 4 Закрепление знаний 5 5 6 Формирование умений Подведение итогов 10 5 Виды деятельности Сообщение темы урока, постановка целей. Беседа, фронтальный опрос Рассказ учителя, фронтальная беседа, использование ТСО (компьютера) Беседа, ответы на вопросы учебника, работа в тетради Решение задач, тестовые задания на компьютере Рефлексия, выставление оценок, домашнее задание. Ход урока: 1. Организационный момент (2 минуты). Сообщение учителя о том, что темой этого урока заканчивается изучение теоретических основ молекулярно-кинетической теории идеального газа. Сообщается и записывается на доске тема урока. Далее учитель ставит цель урока и указывает на основные особенности данной темы. 2. Актуализация знаний (3 минуты). Организуется фронтальная беседа. - Что изучает МКТ? (тепловые свойства тел на основе их молекулярного строения). - Что такое идеальный газ? (модель реального газа, взаимодействия, между молекулами которого пренебрежимо малы). - Есть ли идеальный газ в природе? (нет). - Для чего же тогда он изучается? (для упрощения решения некоторых задач, касающихся реальных газов). - Вспомним основные формулы, которые мы изучили в МКТ идеального газа. Демонстрируются карточки с формулами, учащиеся называют формулу, поясняют какие величины входят в нее. - Давайте сформулируем газовые законы и скажем какие процессы они описывают (учащиеся формулируют газовые законы). 3. Изучение нового материала (20 минут). - После того, как газовые законы, описывающие изопроцессы, были открыты ряд ученых попробовали их объяснить с точки зрения молекулярнокинетических представлений. - Давайте вспомним о том, чем обуславливается давление газа на дно и стенки сосуда? (Ударами беспорядочно непрерывно движущихся молекул). На доске и в тетрадях делается следующий рисунок: F - Один из первых, кто, основываясь на этот факт объяснил закон Бойля-Мариотта в своей книге был русский математик и физик Д. Бернулли. В тетради: 1738 г., Россия, Д. Бернулли. Объяснение закона БойляМариотта на основе теории создания давления в газе ударами молекул. - Еще одним ученым, давшим объяснение давлению в газе с точки зрения молекулярных представлений, был английский ученый Дж. Дж. Уотерсон. - Но эти работы не встретили широкого понимания у ученых того времени. Кроме того, работа Уотерсона была названа, как «пустая, если не бессмысленная, и непригодная даже для чтения перед обществом» - Однако, с выходом работ таких ученых, как Ранкин, Джоуль, Крениг, Клаузиус и Максвелл МКТ идеального газа была завершена. В тетради: 1860 г. Формирование МКТ идеального газа. - Исследования этих ученых позволили установить связь между макроскопическими и микроскопическими параметрами идеального газа. - Уравнение, выражающее эту взаимосвязь, получило название основного уравнения МКТ идеального газа. Дается определение из мультмедийного диска «Библиотека наглядных пособий по физике» со звуковым сопровождением. В тетради: Основное уравнение МКТ идеального газа – это уравнение, устанавливающее взаимосвязь между макроскопическими и микроскопическими характеристиками идеального газа. - В чем отличие между уравнением состояния идеального газа и основным уравнением МКТ идеального газа? (В том, что уравнение состояния идеального газа устанавливает взаимосвязь между макроскопическими параметрами, а основное уравнение МКТ идеального газа между макроскопическими и микроскопическими параметрами). - Какие нам известны макроскопические параметры? (Давление, объем, температура). - А микроскопические? (Масса молекулы, скорость движения молекул, число молекул). - Итак, мы с вами выяснили, что давление в газе осуществляется в результате ударов хаотически движущихся молекул. Демонстрируется начало анимации из Библиотеки наглядных пособий по физике «Связь давления в сосуде со скоростью движения молекул, их массой и концентрацией». -Теперь выдвинем несколько гипотез о зависимости давления от макроскопических параметров. Учащиеся выдвигают возможные гипотезы о зависимости давления. Варианты гипотез: - давление зависит от массы молекул, т.к., чем больше масса молекулы, тем более сильно она будет ударяться о стенку; - давление зависит от средней скорости движения молекул, т.к., чем больше скорость, тем сильнее и чаще молекулы будут ударяться о стенки сосуда; - давление зависит от концентрации молекул, т.к., чем больше концентрация молекул, тем чаще они будут ударяться о стенки сосуда. - Давайте проверим, правильные ли гипотезы мы выдвинули, а верно ли мы дали объяснение. Демонстрируется продолжение анимации из Библиотеки наглядных пособий по физике «Связь давления в сосуде со скоростью движения молекул, их массой и концентрацией». - Итак, данная анимация подтверждает выводы, сделанные нами. - Если объединить все зависимости давления в одну формулу, то мы получим следующее: На доске: р ~ m0 р~n p ~ υ2 р р = ⅓ n m0 υ2 - основное уравнение МКТ идеального газа Р. Клаузиус, 1857 г. - Но при выводе этого уравнения Клаузиус считал, что молекулы взаимодействуют со стенками и друг с другом в виде абсолютно упругого удара. На самом деле это не так. При взаимодействии происходит кратковременное прилипание молекул друг к другу и стенкам, а затем движение со скоростями, которые невозможно предугадать. Как же учесть столь сложный характер взаимодействия? Оказывается для этого нужно просто-напросто знать, что средняя кинетическая энергия молекул газ после их столкновения со стенкой не меняется. Это требование равносильно условию равенства температур газа и сосуда, в котором газ находится. Другими словами, сосуд и находящийся в нем газ должны находиться в состоянии теплового равновесия друг с другом. - Есть еще один важный момент, который заключается в том, что до тех пор пока молекулы газа представляются в виде материальных точек, приходиться считать, что они не имеют размеров и поэтому не могут сталкиваться друг с другом. В этом случае формула выражает только давление на стенки сосуда. Но на самом деле молекулы любого газа имеют некоторые размеры и их столкновения неизбежны. Эти столкновения приводят к возникновению силового взаимодействия между различными макроскопическими частями внутри газа. Поэтому величина давления имеет в действительности более широкий смысл: она выражает не только давление газа на стенки сосуда, но и внутреннее давление газа, существующее между любыми его частями. - Как называются приборы для измерения давления? (Барометр и манометр) - Что представляет собой манометр? (отвечают). - Если температура и объем данного газа постоянны, то показания манометра, измеряющего давление газа, с течением времени изменяться не будут. Значит ли это, что сила, с которой молекулы газа ударяют о любую единичную площадку в газе, также остается неизменной? (Нет, т.к. из-за беспорядочного движения отдельных молекул и различия в их скорости сила будет непрерывно и случайным образом меняться). - Такие случайные отклонения называются флуктуациями. В тетради: Флуктуации – случайные отклонения давления (или любой другой физической величины) от своего среднего значения. р Демонстрируется определение из Библиотеки наглядных пособий по физике. 0 - Из-за того, что значения флуктуаций очень мало, то манометр оказывается неспособным зафиксировать перепады давления, и поэтому, его показания не меняются. t - С уменьшением числа частиц флуктуации возрастают и при небольшом числе молекул могут быть очень значительными. 4. Закрепление знаний. Организуется фронтальная беседа по изученному материалу. - Какое уравнение называется основным уравнением МКТ? - Чем обусловлено давление газа с точки зрения МКТ? - Что такое флуктуации? - Кто получил основное уравнение МКТ? - Что понимается под давлением в формуле основного уравнения? Почему? - Почему показания манометра не изменяются, хотя в любом газе имеются флуктуации давления? 5. Формирование умений. Дается следующее задание: - Выведите, пользуясь известными формулами основное уравнение МКТ в других видах. (р = ⅓ n m0 υ2, n = N ∕ V, N = Nа ·m / М р = ⅓ ρ υ2 ) (р = ⅓ n m0 υ2, Е = m0 υ2/2 р = ⅔ n Е) (р = ⅔ n Е, Е = 3/2 кТ р = nкТ) Разбирается задача из учебника Громова С.В. № 186 Условие: Чему равна концентрация молекул азота, если при давлении 100 кПа их средняя квадратичная скорость равна 600 м/с. Решение: Дано: р = 100 кПа υ = 600 м/с азот n-? СИ 10 5 Па р = ⅓ n m0 υ2 М = 28·10 -3 кг/моль m0 = М/ Nа n = 3·10 5 Па ·6·10 23моль-1/36·10 4м2/с2· р = ⅓ n (М/ Nа) υ2 ·28·10 -3 кг/моль = 1,8·10 25 м3 n = 3р Nа/ υ2М Ответ: 1,8·10 25 м3 Далее проводится первичная проверка знаний и умений с использованием компьютерной программы «Физика ЕГЭ». Автор учитель физики школы № 57 г. Кирова Гаевский С.А. 6. Подведение итогов. Домашнее задание. Подводятся итоги урока. - Что нового мы узнали на уроке? - Какую цель ставили перед началом урока? - Достигли ли цели урока? - Что было сложно при изучении материала? - Что не понятно в данной теме? Выставляются оценки. Домашнее задание: &35, № 187,188, начать подготовку к контрольной работе.