Технологическая карта занятия по физике 1 курс СПО


Технологическая карта (план) занятия
Группа Дата
Предмет Физика
Тема занятия Температура. Газовые законы.
90 мин

Вид занятия (тип урока) Комбинированный урок
Цель:
Цель занятия Учебная обеспечить прочное и сознательное усвоение следующих понятий и величин: изотермический, изобарный, изохорный процессы; абсолютная температура; законов: Бойля – Мариотта, Гей – Люссака, Шарля; закрепление пройденного материала с использованием компьютерной техники
Воспитательная развивать практические умения: читать и строить графики зависимости между основными параметрами состояния газа, решать задачи на нахождение параметров идеального газа в изопроцессах; развивать навыки самостоятельного мышления и индивидуальной работы учащихся.
Развивающая Воспитание информационной культуры, настойчивости, трудолюбия, критичности мышления.
Межпредметные связи Математика (графики функций)
Внутрипредметные
связи Обеспечение занятия
Наглядные: Таблица Менделеева
Раздаточный материал: сб. задач;
Технические средства обучения ПК, экран, презентация по разделу № 2 «Газовые законы»
Литература основная
Дмитриева В.Ф. Задачи по физике: учеб. пособие для студентов образовательных учреждений СПО. – М.: Академия, 2008.
Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студентов образовательных учреждений СПО. – М.: Академия, 2008.
Самойленко П.И., Сергеев А.В. Сборник задач и вопросы по физике: учеб. пособие. – М., 2003.
Дополнительная
Виртуальный репетитор по физике. Виртуальный тренинг различного уровня сложности по всем аспектам изучения физики в средней школе [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://vschool.km.ru/repetitor.asp?subj=94
ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ УСВОЕНИЯ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Студенты должны знать определения и формулировки:
следующих понятий и величин: изотермический, изобарный, изохорный процессы; абсолютная температура; законов: Бойля – Мариотта, Гей – Люссака, Шарля;
Студенты должны уметь решать задачи на газовые законы.
СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ
Время Деятельность преподавателя Деятельность студента
1. Организационный момент
3 мин. Приветствие, формулировка темы, указание на предстоящий объем работы. Готовятся к работе
2. Повторение изученной темы
15 мин.












Решают задачи
3. Изучение новой темы
38 мин. Температура. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для идеального газа устанавливает связь легко измеряемого макроскопического параметра — давления — с такими микроскопическими параметрами газа, как средняя кинетическая энергия и концентрация молекул.
Но, измерив только давление газа, мы не можем узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужны измерения еще какой-то физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул. Такой величиной в физике является температура.
   Из повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные. При контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее, а другое — как холодное, происходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. Например, твердые и жидкие тела обычно при нагревании расширяются. Через некоторое время после установления контакта между телами изменения макроскопических параметров тел прекращаются. Такое состояние тел называется тепловым равновесием. Физический параметр, одинаковый во всех частях системы тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, называется температурой тела. Если при контакте двух тел никакие их физические параметры, например, объем, давление, не изменяются, то между телами нет теплопередачи и температура тел одинакова.
Термометры. В повседневной практике наиболее распространен способ измерения температуры с помощью жидкостного термометра.
   В устройстве жидкостного термометра используется свойство расширения жидкостей при нагревании. В качестве рабочего тела обычно применяется ртуть, спирт, глицерин. Чтобы измерить температуру тела, термометр приводят в контакт с этим телом; между телом и термометром будет осуществляться теплопередача до установления теплового равновесия. Масса термометра должна быть значительно меньше массы тела, так как в противном случае процесс измерения может существенно изменить температуру тела.
   Изменения объема жидкости в термометре прекращаются, когда между телом и термометром прекращается теплообмен. При этом температура жидкости в термометре равна температуре тела.
   Отметив на трубке термометра положение конца столба жидкости при помещении термометра в тающий лед, а затем в кипящую воду при нормальном давлении и разделив отрезок между этими отметками на 100 равных частей, получают температурную шкалу по Цельсию. Температура тающего льда соответствует 0 °С, кипящей воды — 100 °C. Изменение длины столба жидкости в термометре на одну сотую длины между отметками 0 и 100 °С соответствует изменению температуры на 1 °С.
Существенным недостатком способа измерения температуры с помощью жидкостных термометров является то, что шкала температуры при этом оказывается связанной с конкретными физическими свойствами определенного вещества, используемого в качестве рабочего тела в термометре,— ртути, глицерина, спирта. Изменение объема различных жидкостей при одинаковом нагревании оказывается несколько различным. Поэтому ртутный и глицериновый термометры, показания которых совпадают при 0 и 100 °С, дают разные показания при других температурах.
Газы в состоянии теплового равновесия. Для того чтобы найти более совершенный способ определения температуры, нужно найти такую величину, которая была бы одинаковой для любых тел, находящихся в состоянии теплового равновесия.
   Экспериментальные исследования свойств газов показали, что для любых газов, находящихся в состоянии теплового равновесия, отношение произведения давления газа на его объем к числу молекул оказывается одинаковым:
. (25.1)
Этот опытный факт позволяет принять величину в качестве естественной меры температуры.   Так как , то с учетом основного уравнения молекулярно-кинетической теории (24.2) получим
. (25.2)
Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул любых газов, находящихся в тепловом равновесии, одинакова. Величина равна двум третям средней кинетической энергии беспорядочного теплового движения молекул газа и выражается в джоулях.
   В физике обычно выражают температуру в градусах, принимая, что температура T в градусах и величина связаны уравнением
, (25.3)
где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единицы температуры.
Отсюда получаем
. (25.4)
Последнее уравнение показывает, что имеется возможность выбрать температурную шкалу, не зависящую от природы газа, используемого в качестве рабочего тела.
   Практически измерение температуры на основании использования уравнения (25.4) осуществляется с помощью газового термометра. Устройство его таково: в сосуде постоянного объема находится газ, количество газа остается неизменным. При постоянных значениях объема V и числа молекул N давление газа, измеряемое манометром, может служить мерой температуры газа, а значит, и любого тела, с которым газ находится в тепловом равновесии.
Абсолютная шкала температур. Шкала измерения температуры в соответствии с уравнением (25.4) называется абсолютной шкалой. Ее предложил английский физик У. Кельвин (Томсон) (1824—1907), поэтому шкалу называют также шкалой Кельвина.
   До введения абсолютной шкалы температур в практике получила широкое распространение шкала измерения температуры по Цельсию. Поэтому единица температуры по абсолютной шкале, называемая кельвином (К), выбрана равной одному градусу по шкале Цельсия:
1 К = 1 °С. (25.5)
В России распространена шкала Цельсия, в странах Западной Европы и США – шкала Фаренгейта. Формула перевода шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта:
.
Формула перевода шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия:
.
Абсолютный нуль температуры. В левой части уравнения (25.4) все величины могут иметь только положительные значения или быть равными нулю. Поэтому абсолютная температура T может быть только положительной или равной нулю. Температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме должно быть равно нулю, называется абсолютным нулем температуры.
Постоянная Больцмана. Значение постоянной k в уравнении (25.4) можно найти по известным значениям давления и объема газа с известным числом молекул N при двух значениях температуры T0 и T1:
,         ,
. (25.6)
Как известно, 1 моль любого газа содержит примерно молекул и при нормальном давлении занимает объем .
   Опыты показали, что при нагревании любого газа при постоянном объеме от 0 до 100° С его давление возрастает от до . Подставляя эти значения в уравнение (25.6), получаем

;
.
Коэффициент k - называется постоянной Болъцмана, в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844—1906), одного из создателей молекулярно-кинетической теории.
Связь абсолютной шкалы и шкалы Цельсия. Уравнение (25.4) позволяет по известному значению объема V0 одного моля газа при температуре 0 °С и нормальном давлении и найденному значению постоянной Больцмана установить связь между значениями температуры t по шкале Цельсия и температуры T по абсолютной шкале. При температуре 0 °С температура T по абсолютной шкале равна
,
.
Мы получили, что температура 0 °С по шкале Цельсия соответствует температуре 273 К по абсолютной шкале.
   Так как единица температуры по абсолютной шкале 1 К выбрана равной единице температуры по шкале Цельсия 1 °С, то при любой температуре t по Цельсию значение абсолютной температуры T выше на 273 градуса:
T = t + 273 . (25.7)
Из уравнения (25.7) следует, что абсолютный нуль соответствует — 273 °С (более точно, — 273,15 °С). Соответствие шкалы Цельсия и абсолютной шкалы температур представлено на рисунке 86.

Температура — мера средней кинетической энергии молекул. Из уравнений (25.2) и (25.4) следует равенство
. (25.8)
Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре.
   Из уравнений (24.2) и (25.8) можно получить, что
p = nkT. (25.9)
Уравнение (25.9) показывает, что при одинаковых значениях температуры и концентрации молекул давление любых газов одинаково, независимо от того, из каких молекул они состоят.
   1. Объединенный газовый закон. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа с помощью формулы Больцмана может быть выражена через температуру:        Подставляя это выражение в основное уравнение молекулярно-кинетической теории:        получаем:        p = nkTПоскольку концентрация равна отношению количества молекул газа к объему:        последнее выражение можем записать в виде:        Наконец, собирая термодинамические параметры (p, V и T) в правой части, получаем уравнение Клапейрона:                Анализируя данное выражение можно заметить, что если масса газа фиксирована, т.е. число молекул не изменяется, то правая часть его правая часть является константой.        Для фиксированной массы газа произведение давления на объем, деленное на температуру, есть величина постоянная.        Объединенный газовый закон может быть записан в форме, удобной для решения задач:        
2. Газовые законы
Название изопроцессаИстория открытия Установка опыта (комп.модель) График Запись закона МКТ-трактовка
Изотермический T = const1862 г. Р.Бойль (Англия), Э.Мариотт(Франция). Газ неизменной массы подвергали сжатию и расширению при постоянной температуре, измеряя его объем и давление. Поршень легко подвиженV↓ → р↑ p↓ → V↑ p1V1 = p2V2 при m=const V↓ → р↑, т.к. p=nkT, V~1/n, V↓ → n↑p~n, n↑ → р↑.
Изохорный V = const1787 г. Ж.Шарль (Франция). Нагревая газ при постоянном объеме, заметил, что при изменении температуры газа постоянной массы его давление изменяется одинаково для всех газов. Поршень закреплен T↓ → р↓ T↑ → p↑ при m=const Т↓ → р↓, т.к. p=nkT, p~T, Т↓ → р↓V=const → n=constИзобарный р = const1802 г. Ж.Гей-Люссак (Франция). Нагревая газ при постоянном давлении, заметил, что при изменении температуры газа постоянной массы его объем изменяется одинаково для всех газов. Поршень легко подвижен T↓ → V↓ T↑ → V↑ при m=constТ↓ → V↓, т.к. n=p/kT или , то V~T (N, k, p=const)
4. Закрепление (обобщение и систематизация изученного материала )29 мин.













Решают задачи с комментариями
5. Домашнее задание
3 мин. В.Ф.Дмитриева Физика Гл. §1.11-1.15 Записывают д/з6. Итоги занятия
2 мин. Рефлексия

Приложенные файлы


Добавить комментарий