Конспект уроку з фізики для 10 класу "Рівняння стану ідеального газу"

10 клас.

Тема. Рівняння стану ідеального газу

Мета:усвідомлення учнями залежності між параметрами, які визначають

стан газу,формувати навички графічного зображення цієї залежності,

розкритивзаємозв’язки та взаємообумовленість характеристик стану

газу і явищприроди, розкрити роль експери­менту в перевірці

істинності знань;ознайомити учнів із заслугами Д. І. Менделєєва в

 розвитку науки, зокрема в розробці теорії газів; розвивати фізичне

 мислення та вміння виділяти головні ознаки яви­ща й робити

 висновки; розвивати політехнічні навички;

виховувати естетичне сприйняття предмета через використання

літературних та історичних джерел інформації.

Методи і прийоми: розв’язування проблемних завдань, «творча

лабораторія», різнорівнева робота в групах, метод

«читання з помітками», чуттєво-естетичний прийом.

Обладнання: портрет Д. І, Менделєєва, картки з різнорівневими

завданнями, комп’ютер, скляна посудина об'ємом 1-3 л з

                         гумовою пробкою(посудина Вульфа), U – подібний рідинний

манометр, гумовий шланг, мікропіпетка або медичний шприц

об'ємом 1 см³, летуча рідина (ацетон), термометр.

Тип уроку:урок вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний момент. Повідомлення теми і мети уроку.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

1. Чому два свинцевих бруски з гладенькими чис­тими зрізами злипаються, якщо їх притиснути один до одного, а два уламки крейди міцно не з’єднуються, якщо їх стулити?
2. Газ має властивість необмежено розширювати­ся, чому існує атмосфера Землі?
3. Чому стиснути рідину так само важко, як і тверде тіло?
4. Дайте визначення температури.
5. Як залежить від температури середня кінетич­на енергія поступального руху молекул?
6. Згадайте всі відомі вам формули основного рів­няння молекулярно-кінетичної теорії.

ІІІ. Пояснення нового матеріалу

Проблема — знайти загальну залежність (фор­мулу), що пов’язує всі три макроскопічні величини (р, Т, V), які характеризують стан ідеального газу.

Щоб розв’язати цю проблему, треба згадати такі формули:

р = пкТ_, n = = N_A.

Взявши за основу ці формули, отримаємо рівняння:

pV = kN_AT.

Добуток сталої Больцмана та сталої Авогадро називають універсальною (молярною) газовою ста­лою та позначають літерою R

R = kN_А, R = 8,31

Отже, цю залежність можна записати рівнянням:

pV = RT.           (1)

Єдина величина в цьому рівнянні, яка зале­жить від речовини, — це молярна маса. Якщо маса газу не змінюється і не відбуваються хімічні пере­творення, то отримаємо таке співвідношення:

=            (2)

Рівняння стану у вигляді (2) називається рівнян­ням Клапейрона (1799-1864, французький фізик, який протягом 10 років працював у Росії).

Рівняння стану у вигляді (1) уперше було отри­мано видатним російським вченим Д. І. Менделєє­вим. Тому це рівняння називають рівнянням Менделєєва-Клапейрона.

• Експериментальна перевірка рівняння стану

Прилади: герметично гофрирований посуд, з’єднаний з манометром, лінійка, термометр, по­судина з гарячою водою.

Виміряти тиск, температуру, об’єм посудини (за допомогою лінійки): p₁, V₁, T₁. Обертанням гвинта на гофрированій посудині змінюємо тиск та об’єм; нагріваємо газ, помістивши посудину в гаря­чу воду. Знов вимірюємо тиск, об’єм та температурур₂, V₂, Т₂. Отримавши результати, перевіряємо справедливість рівняння стану газу.

4. Закріплення.

Прочитати за підручником параграф 10, випи­сати нові або незрозумілі слова.

• Фронтальна бесіда

1. Що називають рівнянням стану?
2. Яка форма рівняння стану містить більше ін­формації: рівняння Клапейрона або рівняння Менделєєва-Клапейрона?
3. Яке рівняння стану ідеального газу для довіль­ної маси одного моля?
4. Яка існує залежність між сталими Больцмана, Авогадро та універсальною газовою сталою?
5. Який фізичний зміст цих сталих?

5. Розв’язування  задач.

Блок 1

1. Знайти масу молекули ацетилену С₂Н₂ та його густину за нормальних умов (t = 0 °С, р = 10⁵ Па).
2. Сучасна техніка дозволяє створити ваку­ум до 0,1 нПа. Яка маса повітря залишить­ся при такому вакуумі в 1 см³ за температури 300 К (молярну масу повітря вважати рівною0,029).

Блок 2

1. У однакових балончиках за однакових темпера­тур знаходяться рівні маси водню (Н₂)і вугле­кислого газу (С0₂). Знайдіть відношення тис­ків, що чинять гази на стінки балонів.
2. Зі збільшенням абсолютної температури ідеаль­ного газу в 2 рази тиск збільшиться на 25 %. Як при цьому змінився об’єм?

Блок З

1. У балоні знаходиться газ за температури 15 °С. Як зміниться тиск газу, якщо 40 % вийде з ба­лону, а температура при цьому знизиться на°С?
2. У закритій посудині знаходиться повітря і кра­пля води масою 0,1 г. Об’єм посудини 75 л, тиск у ній 12 кПа і температура — 290 К. Яким ста­не тиск, коли крапля випарується?

6. Підсумок уроку.

Домашнє завдання.

Опрацювати параграф, розв’язати задачі № 2. 10, 2. 23, 2. 51.

 

Додаток

ЖИТТЄВИЙ ТА ТВОРЧИЙ ШЛЯХ ДМИТРА ІВАНОВИЧА МЕНДЕЛЄЄВА

Сім’я та навчання

Кожна наука має своїх геніїв. Серед хіміків таким є Д. І. Менделєєв. В історії розвитку науки є багато визначних відкриттів. Одне з них — табли­ця Менделєєва. Хоча з часу відкриття його закону пройшло багато років, ніхто не може сказати, коли буде до кінця зрозумілий весь зміст знаменитої таблиці.

Дмитро Менделєєв народився 8 лютого 1834 ро­ку в Тобольську в родині директора гімназії та попечителя народних училищ Тобольської губер­нії Івана Павловича Менделєєва і Марії Дмитрів­ни Менделєєвої. Виховувала його мати, оскільки батько майбутнього хіміка осліп незабаром після народження свого сина.

Восени 1841 року Мітя розпочав навчання в То­больській гімназії.

9серпня 1850 року Дмитро був зарахований студентом фізико-математичного факультету Го­ловного педагогічного інституту в Петербурзі.

У травні 1855 року Вчена рада присудила Мен­делєєву титул «Старший учитель» і нагородила зо­лотою медаллю.

Багато часу він віддав роботі над магістерською дисертацією, у якій розглядав проблему питомихобсягів з погляду унітарної теорії Жерара, цілком відкинувши дуалістичну теорію Берцеліуса. Ця ро­бота показала здатність Менделєєва робити узагаль­нення і його широкі пізнання в хімії.

Восени Менделєєв блискуче захистив дисертацію, з успіхом прочитав вступну лекцію на тему: «Будова силікатних сполук» і на початку 1857 року став приват-доцентом при Петербурзькому університеті.

Наукова діяльність

Наприкінці лютого 1861 року Менделєєв при­їжджає до Петербурга. Він зважується написати підручник з органічної хімії. Цей підручник, а та­кож переклад «Хімічної технології» Вагнера при­несли Менделєєву велику популярність.

1 січня 1864 року Менделєєв одержав призна­чення на посаду штатного доцента кафедри органіч­ної хімії Петербурзького університету. Одночасно з цією посадою Менделєєв одержав місце професора в Петербурзькому технологічному інституті.Учений приступив до роботи над докторською дисертацією.

Дослідження тривали майже рік. Простежив­ши зміну питомої ваги в залежності від процент­ного вмісту спирту у воді, Менделєєв з’ясував, що найбільшу густинумає розчин, у якому співвід­ношення між молекулами спирту і води складає один до трьох. Згодом це відкриття стало основою гідратної теорії розчинів.

Захист дисертації відбувся 31 січня 1865 року. За два місяці Менделєєв бувпризначений екстра­ординарним професором кафедри технічної хімії Петербурзького університету, а в грудні — орди­нарним професором.

Менделєєв є автором безлічі блискучих науко­вих відкриттів з хімії, фізики інавіть митної спра­ви. Але завжди варто пам’ятати, що періодичний закон Менделєєва — це результат величезної праці, глибоких роздумів і постійного пошуку.

У 1859-1861 рр. перебував у науковому від­рядженні в Гейдельберзі. У 1890 р. залишив уні­верситет через конфлікт із міністром освіти, тому що той під час студентських хвилювань відмовився прийняти від Менделєєва петицію студентів.

У 1861 р. Менделєєв написав перший у Ро­сії підручник з органічної хімії. Навесні 1862 р. підручник був визнаний гідним повної Демидівської премії. У 1863 р. він отримав місце профе­сора у Петербурзькому технологічному інституті, а в1866 р. — у Петербурзькому університеті, де читав лекції з органічної, неорганічної й техніч­ної хімії. У 1865 р. Менделєєв захистив доктор­ську дисертацію за темою «Про сполуки спирту з водою».

У 1867 р. він перейшов до Петербурзького уні­верситету на посаду професора хімії.

У наступні роки з-під пера Менделєєва вийшло ще кілька праць з хімії. Йогоповна наукова і літе­ратурна спадщина величезна і містить 431 роботу. Праці Менделєєва отримали широке міжнародне визнання. Він був обраний членом багатьох акаде­мій наук, іноземних наукових товариств. Тільки Російська Академіянаук на виборах 1880 р. заба­лотувала його через внутрішні інтриги.

Менделєєв брав участь у виданні Енциклопе­дичного словника Брокгауза й Ефрона, був кон­сультантом у пороховій лабораторії при Морсько­му міністерстві.Провівши необхідні дослідження, усього за три роки він винайшов ефективний без­димний порох. У 1893 р. Менделєєв був призна­чений хранителем (керуючим) Головної палати мір і ваги. Помер він у лютому 1907 р.

Створив фізичну теорію ваг, розробив конструк­цію коромисла та винайшовметоди зважування.

Член багатьох академій наук і наукових това­риств. Один із засновників Російського фізико-хімічного товариства (1868 р.).

Створення періодичної системи

У 1867 р. Менделєєв перейшов до Петербурзь­кого університету на посаду професора хімії і пови­нен був читати лекції з неорганічної хімії. Однак, на його думку, ні в Росії, ні за кордоном не було курсу загальної хімії, який можна було бреко­мендувати студентам. Дмитро Іванович вирішив написати його сам.

Ця робота одержала назву «Основи хімії», і ви­ходила протягом кількох років окремими випуска­ми. Працюючи над другим випуском, Менделєєв мав проблеми,пов’язані з послідовністю викладу матеріалу. Спочатку він хотів згрупувати всі опи­сувані ним елементи за валентностями, але потім обрав інший метод і об’єднав їх в окремі групи, виходячи з подібності властивостей і атомної ваги. На той часвже були спроби скласти таблиці елемен­тів. Німецький хімік Гмелін, опублікував свою та­блицю в 1843 р. У 1857 р. англійський хімік Одлінг запропонував свою. Однак зв’язок груп елементів між собою залишавсянезрозумілим. Менделєєву вдалося знайти його, розташувавши всі елементи в порядку зростання їхньої атомної маси.

Написавши на окремих картках назви елемен­тів з позначенням їхньої атомноїваги і корінних властивостей, Менделєєв став розкладати їх у різноманітних комбінаціях, переставляючи та змінюючи місцями. Справа ускладнювалася тим, що багато елементів тоді ще не були відкриті, а атомна вага уже відомих визначена з великими похибками.Однак Дмитро Іванович незабаром виявив зако­номірність. У лютому 1869 р. Менделєєв розіслав російським і закордонним хімікам надрукований на окремому аркуші «Досвід системи елементів, заснований на їхній атомній вазі і хімічній подіб­ності».

Перший варіант періодичної таблиці сильно відрізнявся від звичної нам зі школи таблиці Мен­делєєва. Кілька елементів, як потім виявилося, бу­ли в цьому першому варіанті розміщені не за своїми місцями. Однак, порівнюючи властивостіелемен­тів, що потрапили у вертикальні стовпчики, було зрозуміло, що вони періодично змінюються. Це бу­ло найголовніше відкриття Менделєєва. Розбіжнос­ті в своєму періодичному ряді Менделєєв пояснив тим, що науці відомі ще не всі хімічні елементи.

Він залишив чотири незаповнені клітинки, але спрогнозував їхню атомну вагу і хімічну подібність. Він також виправив неточно визначені атомні маси елементів. Перший начерк таблиці Дмитро Івано­вич згодом піддав коригуванню. Поряд зголовними груповими елементами Менделєєв став виділяти підгрупи. Він виправив атомну вагу одинадцяти елементів і змінив місце розташування двадцятьох. У 1871 р. Періодична таблиця мала цілком сучас­ний вигляд. Протеніхто з відомих європейських хіміків не оцінив важливості зробленого Менделє­євим відкриття.

Ставлення до періодичного закону змінилося тільки в 1875 р., коли буввідкритий елемент Галій, властивості якого збігалися з прогнозами Менделє­єва. Новим тріумфом Менделєєва стало відкриття в 1879 р. Скандію, а в 1886 р. – Германію, властивості яких також відповідали описам Менделєєва.