Урок "Ідеальний газ. Тиск газів. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) ідеального газу."

10 клас

Урок

Тема. Ідеальний газ. Тиск газів. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) ідеального газу.

Мета та завдання уроку:

•                                          навчальна: ввести поняття «ідеального газу», формування уявлень про розуміння ідеального газу з точки зору МКТ, пояснити виникнення тиску газу, ввести основне рівняння МКТ; формувати вміння аналізувати умову задач, вміння їх розв’язувати та грамотно оформлювати;
•                                          розвиваюча: формування критичного і логічного мислення, умінь встановлювати причинно-наслідковий зв'язок, обґрунтовувати твердження, моделювати ситуації;
•                                          виховна: продовжувати виховувати любов до предмету.

Формування ключових компетентностей:

•                                          основні компетентності у природничих науках і технологіях;
•                                          інформаційно-цифрова компетентність;
•                                          математична компетентність;
•                                          уміння вчитися впродовж життя.

Тип уроку: комбінований урок.

Обладнання:

Хід уроку

І. Організаційний етап.

ІІ. Актуалізація опорних знань та вмінь.

Фронтальне опитування

1.                                        Які агрегатні стани речовини ви знаєте?
2.                                        Чи можна стверджувати, що ртуть – завжди рідка, а повітря – завжди газ?
3.                                        Які особливості молекулярної будови газів, рідин та твердих тіл?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Використання статистичного методу в молекулярній фізиці дозволяє з молекулярно-кінетичних уявлень розглянути наступні питання: 1. статистичні закономірності у поведінці величезної сукупності молекул; 2. поняття середніх значеннях фізичних величин, які характеризують частинки (швидкість, кінетична енергія); 3. поняття про середнє значення фізичних параметрів, які характеризують систему (температура, тиск); 4. зв'язок між середніми молекулярними величинами та параметрами речовини.

Формується проблемне завдання. На основі МКТ пояснити тиск газу та установити кількісну залежність тиску газу від маси молекули, та середнього квадрату швидкості руху молекул.

ІV. Оголошення теми, мети та задач уроку

V. Вивчення нового матеріалу

Ідеалізація – метод наукового пізнання, прокладає шлях до розв’язування важких завдань.

Ідеальний газ – найпростіша фізична модель реального газу.

Ідеальний газ:

1. Відстань між молекулами > d.
2. Молекули – пружні кулі.
3. Сили тяжіння прагнуть до 0.
4. Відштовхування – тільки при ударі.
5. Рух – за законами Ньютона.

Ідеальний газ – це газ, взаємодією між молекулами якого можна знехтувати => >>.

Тиск газу зумовлений зіткненням молекул зі стінками посудини,  в якому знаходиться газ.

Тиск газу – це фізична величина, яка дорівнює відношенню середньої сили ударів молекул об тіло до площі його поверхні.

Основні формули основного рівняння МКТ.

1.                    ,          , де – маса однієї молекули газу;

n= – число молекул в одиниці об’єму або концентрація молекул газу;

v – середня квадратична швидкість руху молекул газу.

Тиск ідеального газу пропорційний добутку маси молекули, концентрації молекул та середньому квадрату швидкості руху молекул.

2. Так як E= – середня кінетична енергія поступального руху молекул,

тоді p= n=E n;              

3. Так як n===ρ, тоді отримаємо

де ρ – густина газу.

[p]=Па

Демонстрації.

Дослід 1. Як опустити зварене яйце в пляшку.

Якщо кинути до пляшки шматок паперу, який горить, прикрити герметично (дуже щільно, щоб повітря не змогло проходити) його отвір круто звареним яйцем без шкаралупи. Через деякий час побачимо, як яйце звужується і втягується в отвір, поки не впаде на дно пляшки.

В пляшці було повітря, його нагріли коли кинули папір, який горів. Повітря нагрілось і розширилось, і велика частина його вийшла з пляшки. Коли щільно закрили отвір яйцем, повітря в ньому охолоджується, тиск його падає і зовнішній атмосферний тиск заганяє яйце в пляшку

Дослід 2. Іграшка «Качка Хоттабича» не потребує попереднього нагрівання, вона може і взагалі не зупинятись. Ніякої різниці температур між цією водою і навколишнім повітрям, яку можна було використовувати для руху, тут немає: їх температури однакові.

Причина руху качки стає явною, якщо ознайомитись з її будовою. «Голова» качки являє собою посудину, яка з’єднана прямою трубкою з «тілом», іншою великою посудиною, в яку ця трубка входить так, що майже дістає її дна. Внутрішня порожнина заповнена рідиною, яка легко кипить – діетиловим ефіром (НзСз – О – СзНв) так, щоб в горизонтальному положенні її рівень був приблизно на середині трубки. Щоб пустити качку в хід, потрібно занурити її дзьоб в воду. Тоді вата, яка закріплена на голові, зволожується і внаслідок випаровування води голова трохи охолоджується. Це призводить до деякого зниження тиску пари всередині качки і зниженню температури ефіру. В цьому горизонтальному положенні качки паровий простір голови і тіла з’єднується через трубку і тиск в них стає однаковим. Оскільки кількість рідини в тілі трішки більша, воно переважує, голова піднімається і качка приймає нахилене положення, яке зображене на рисунку штрихованими лініями. Рідина перекриває з’єднання між паровими просторами голови і тіла. Рідина в тілі підігрівається до температури навколишнього середовища, частково випаровується, і пар, який утворився, виштовхує велику частину рідини через трубку в голову, яка переважує, і качка знову опускає дзьоб в воду. Обидві порожнини знову сполучаються, тиск вирівнюється, і рідина знову стікає в тулуб. Процес повторюється і може продовжуватись до тих пір, поки в стакані, звідки качка п’є, буде вода.

VI Закріплення нових знань та умінь

1. Чому молекула при зіткненні зі стінкою посудини діє на неї з силою, пропорційною швидкості, а тиск пропорційно квадрату швидкості?

2. Як середня кінетична енергія молекул залежить від концентрації газу та його тиску на стінки посудини?

Задача3.

Яка середня квадратична швидкість руху молекул газу, якщо маючи масу 6 кг, ін. займає об’єм 5 м³ під тиском 200 кПа?

Задача4.

Обчислити середню кінетичну енергію молекул одноатомного газу під тиском 20 кПа. Концентрація молекул цього газу під зазначеним тиском становить 3·10²⁵ м^-3.

VIІ Рефлексія

• Що вдалося на уроці?
• Які були труднощі?
• Як ви оцінюєте свою роботу на уроці?

VIІІ Домашнє завдання

Параграф 28 – опрацювати, вивчити головні формули та визначення, впр. 28 № 1,3 – розв’язати письмово.