Изотермический, изобарный и изохорный процессы изменения состояния идеального газа. 10-й класс, физико-математический профиль

Урок проводится после изучения основного уравнения МКТ, понятия температуры и введения уравнения Менделеева-Клапейрона.

Елена КОЛОС,
учитель физики
ГУО “Средняя школа № 9 г. Мозыря”,
Гомельская область

Тип урока: урок изучения нового материала.

Тема урока: «Изотермический, изобарный и изохорный процессы изменения состояния идеального газа».

Место урока в разделе «Основы молекулярно-кинетической теории»: урок проводится после изучения основного уравнения МКТ, понятия температуры и введения уравнения Менделеева-Клапейрона.

Цель урока: предполагается, что к окончанию урока учащиеся будут

– знать газовые законы, их математическое описание, понимать зависимости термодинамических параметров;
– уметь решать расчетные и графические задачи, используя уравнения состояния для изопроцессов.

Задачи учителя:

– организовать повторение и закрепление основных понятий темы;
– обеспечить усвоение навыков решения задач;
– способствовать развитию логического мышления, умения анализировать и сопоставлять факты, самостоятельно делать выводы;
– создать условия для развития познавательного интереса к предмету.

Уровень учащихся: 10-й класс (физико-математический профиль).

Форма учебной работы: классно-урочная.

Оборудование: приборы для демонстрации изопроцессов, проектор.

Ход урока

I Организационный этап (2 мин)

– На прошлом уроке вы познакомились с уравнением 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 200 лет. Сегодня вы попробуете повторить путь известных физиков и самостоятельно получить формулировки газовых законов. По сравнению с XVII–XVIII веками для вас эта задача значительно упрощена. Сегодня на уроке вы, выступая в роли исследователей, сами получите закономерности газовых законов. А чтобы облегчить вам исследования, вспомним основные понятия, которые потребуются для объяснения увиденного.

II Ориентировочно-мотивационный этап (9 мин)

Актуализация знаний

1. Проверка формул (учащимся раздаются карточки, где вместо пропущенных букв, стоят вопросы).

2. Задача на применение уравнения Менделеева-Клапейрона.

В баллоне находился гелий массой m = 0,25 кг. В результате утечки гелия и уменьшения на k = 10 %температуры давление гелия через некоторое время уменьшилось на n = 20%. Определите количество вещества гелия, которое просочилось из баллона.

3. Фронтальный опрос.

– Что является объектом изучения МКТ? (Идеальный газ).
– Что в МКТ называют идеальным газом? (Идеальный газ – это газ, в котором взаимодействие между молекулами можно не учитывать).
– Для того чтобы описать состояние идеального газа, используют три термодинамических параметра. Какие? (Давление, температура и объём).
– Ни один термодинамический параметр нельзя изменить, не затронув один, а то и два других параметра. Каким уравнением взаимосвязаны все три термодинамических параметра? (Уравнение Менделеева-Клапейрона).
– Назовите микроскопические параметры идеального газа. (m, <υ²>, n, <E>).
– За счет чего создаётся давление идеальным газом? (Числом ударов молекул).
– Как термодинамический параметр давление связан с микроскопическими параметрами? (Основное уравнение МКТ).
– С какими микроскопическими параметрами связана температура? (<υ²> или<E>).
– Как объём связан с микроскопическими параметрами? (Объём обратно пропорционален концентрации).

III Операционно-познавательный этап (10 мин)

– Состояние макроскопической системы определено, если известны её макропараметры – давление, температура и объём. Уравнение, которое связывает параметры данного состояния, называют уравнением состояния системы. Изменение двух и более параметров состояния с течением времени называют процессом. Процесс изменения состояния газа, при постоянной температуре называют изотермическим, при постоянном объёме – изохорным, при постоянном давлении – изобарным.

Учащиеся работают по группам. Одна группа исследует изотермический процесс с помощью демонстрационного прибора для изучения газовых законов (при помощи учителя). Вторая группа работает с учебником, изучая изобарный процесс. Третья – с видеороликом, изучая закономерности изохорного процесса.

https://clck.ru/37AnFr  

Каждая группа по окончании самостоятельного исследования предоставляет мини-отчет:

1) Формулировка закона.
2) История открытия (кем открыт).
3) Математическая запись закона.
4) Графическая зависимость макропараметров.

IV Физпауза (1 мин)

V Контрольный этап (20мин)

Эксперт от каждой группы представляет тот закон, который он изучал. Учащиеся записывают результаты исследования в таблицу.

Постановка проблемного вопроса

– Если на графике изображены две изотермы, как определить, какой процесс происходит при более высокой температуре?

Учащиеся предлагают свои ответы. Учитель корректирует их. Дополнительную информацию записывают в таблицу.

Совместно определяют зависимость угла наклона изобар и изохор в координатных осях. Делают выводы.

Решение задач

1. Определите начальное давление р₁ газа, находящегося в сосуде объёмом V₁=6 л, если после присоединения к нему пустого сосуда объёмом V₂ = 4 л его давление уменьшилось на Δр = 20 кПа после установления начальной температуры.

2. Определите, во сколько раз изменится объём пузырька воздуха при его подъёме со дна озера глубиной h=25 м к поверхности воды, если температура на дне t₁ = 8⁰С, а на поверхности – t₂ = 25⁰С. Атмосферное давление нормальное.

VI Коррекционно-рефлексивный этап (2 мин)

– Что нового вы узнали сегодня на уроке? 

– Чему научились, а что пока представляет для вас сложность?

– Что необходимо повторить по математике, чтобы успешно решать задачи?

– Что необходимо сделать дома, чтобы лучше разобраться в новой теме?

VII Домашнее задание (1 мин)

§ 6, упр. 5 (2, 4, 5).

Поделиться ссылкой: