Объяснение учебного материала

Идеального газа.

 

 

Обучающая цель: формирование умения учащихся выводить основное

                            уравнение молекулярно-кинетической теории идеального

                            газа.

Развивающая цель: развитие мышление учащихся посредством анализа,

 сравнения;

 совершенствование свойств памяти, мышления 

 учащихся;

 

Воспитывающая цель: развитие наблюдательности, любознательности;

стимулирование активности учащихся.

 

Методы обучения:

словесные: объяснение с элементами беседы;

наглядные: рисунок стены и движения молекул;

контроль: опрос.

 

Связи:

межпредметные: алгебра;

внутрипредметные: механика.

 

Литература:

1. "Программа для учреждений, обеспечивающих получение общего среднего образования с русским языком обучения с 11- летним сроком обучения"-Минск: Национальный институт образования".

2. Теория и методика обучения физике в школе. Под ред. С.Е.Каменецкого.- Москва:Академия.2000.

3. Физика. Справочное пособие для школьников и абитуриентов. И.В. Алимова, В.И. Гудков.- Мн.: Современное слово.1998.

4.  Жилко В.В., А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. Физика: Учебное пособие

     для 11 класса общеобразовательной школы с русским языком обучения. –  

    Мн.: Народная     Асвета. 2002.  

 

План урока:

1. Организационный момент (0,5-1мин.).

2. Введение темы урока. Постановка задач (4-6 мин.).

3.  Объяснение учебного материала (19-23 мин.).

4.  Закрепление материала (5-7 мин.).

5. Подведение итогов (1-3 мин.).

6. Домашнее задание (0,5-1 мин.).

7.  Рефлексия (2-4 мин.).

 

Ход урока:

Организационный момент

Создание положительной психологической обстановки.

 

Введение темы урока. Постановка задач.

(На доске написана тема, число.)

Учитель: Ребята, посмотрите на доску. Какая тема нашего сегодняшнего урока?

Ученик: Основное уравнение молекулярно- кинетической теории

идеального газа.

Учитель: Прежде, чем приступить к выводу этого уравнения, давайте вместе вспомним некоторые основные определения. Например, что такое идеальный газ- это?

Ученик: Идеальный газ- это физическая модель.

Учитель: Давайте вспомним основные допущения применимые к идеальному газу.

Ученик1: Размеры молекул малы по сравнению со средними расстояниями между ними, молекулы можно принимать за материальные точки.

Ученик2: Силы притяжения между молекулами не учитываются, силы отталкивания возникают только при соударениях.

Ученик3: Движение каждой молекулы подчиняется законам Ньютона и взаимодействие их между собой и со стенками сосуда происходит по закону абсолютно упругого удара.

Учитель: Какой характер носит тепловое движение?

Ученик: Тепловое движение носит хаотический характер.

Учитель: Кроме этого, хаотический характер теплового движения позволяет считать все направления движения равноправными. А теперь давайте вспомним некоторые определения из курса механики. Что называется импульсом тела?

Ученик: Импульс тела- это физическая величина, равная произведению массы тела на скорость его движения.

Учитель: А чему равен импульс силы?

Ученик: Импульс силы равен изменению импульса тела.

Учитель: Давайте вспомним, как формулируется и записывается второй и третий законы Ньютона.

Ученик1: Второй закон Ньютона: сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:

Ученик2: Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению:

 

Учитель: Задача нашего сегодняшнего урока состоит в том, чтобы вывести основное уравнение молекулярно- кинетической теории идеального газа.

 

Объяснение учебного материала

 

Учитель: При выводе уравнения МКТ мы будем рассматривать соударения молекул идеального газа с некоторой массивной стенкой.                      

                              

Исходя из того, что движение молекул хаотично, все направления движения равновероятны, и в каждый момент времени в среднем в противоположных направлениях движется одинаковое число частиц. Будем пренебрегать действием силы тяжести на молекулы, и считать столкновение со стенкой, абсолютно упругим.

Давайте вспомним, за счет чего возникает давление газа на стенки сосуда?

Ученик: Давление газа на стенки сосуда возникает за счет столкновение с ними молекул газа, при которых происходит изменение импульса стенки.

Учитель: Итак, по второму закону Ньютона импульс силы равен изменению импульса тела:

 

Так как, давление- величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно к поверхности, к площади этой поверхности, то

 

Таким образам, нам необходимо определить изменение импульса стенки при ударе о нее всех молекул, движущихся за время ∆t в направлении, перпендикулярном стенке.

По третьему закону Ньютона изменение импульса стенки равно по модулю и противоположно по направлению изменению импульса молекул. Значит, нам необходимо найти изменение импульса всех молекул, ударяющихся о стенку за время ∆t. Для этого найдем изменение импульса одной молекулы и число молекул, ударяющихся о стенку за это время. Изменение проекции импульса молекулы на ось ОХ равно- 2m0vх (m0- масса молекулы).

За время ∆t о стенку ударится половина молекул, находящихся в объеме

vхS∆t, т.е.        , где n- концентрация молекул, равная числу молекул в единице объема газа.

 

Изменение проекции импульса этих молекул за время ∆t равно- m0 n vхS∆t.

Вторая половина молекул вследствие хаотичности движение будет иметь отрицательные проекции скорости на ось ОХ, т.е. будет двигаться от стенки.

Следовательно, средний импульс силы, действующий на стенку, равен

 

 

Разделив левую и правую части на S∆t и учитывая                найдем давление газа:

 

 

Это уравнение было получено Клаузиусом и носит название основного уравнения молекулярно- кинетической теории газов или уравнение Клаузиуса.

Давление газа можно выразить через среднюю кинетическую энергию молекул:

 

 

Следует помнить, что давление газа равно 2/3 кинетической энергии хаотического поступательного движения всех молекул, находящихся в единичном объеме.

Вывод:

Основное уравнение молекулярно- кинетической теории газов связывает между собой макропараметры (давление) и микропараметры (средняя кинетическая энергия отдельной молекулы) ансамбля.