Интегрированный урок физики в 10 классе "Изопроцессы"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

Средняя общеобразовательная школа с. Наумовка

Физика 10 класс

Открытый урок

по теме:

«Изопроцессы»

Учитель физики и математики

Муталлапова Айгуль Инировна

Дата 27.02.2014г.

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК ФИЗИКИ

Тема «Изопроцессы»

Форма урок комбинированный

Оборудование: доска, проектор, экран, ПК.

Цель урока: изучить связь между тремя макроскопическими параметрами газа, а конкретнее – их взаимосвязь в газовых процессах, протекающих при постоянном значении одного из этих трёх параметров, или изопроцессах: изотермических, изохорных и изобарных.

Задачи урока:

Образовательные:

- Ввести понятие об изопроцессе;

- Изучить изопроцессы (история открытия, модель установки для изучения зависимостей между термодинамическими параметрами, графики изопроцесса, математическая запись закона, объяснение с точки зрения МКТ);

- Сформировать умения выделять и описывать изопроцессы.

-Научить учащихся решать аналитические и графические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы.

Развивающие:

- Вырабатывать умения объяснять газовые законы на основе положений МКТ;

- Научить описывать состояние и изопроцессы идеального газа, в том числе определять микро - и макропараметры; давать и объяснять графическое изображение процессов.

- Сформировать умение самостоятельно добывать знания, применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач;

Воспитательные:

-Продолжить формирование познавательного интереса учащихся;

-Продолжить формирование стремления к глубокому усвоению теоретических знаний через решение задач.

- Формирование взаимопомощи, доброжелательного отношения друг к другу, развивать культуру общения и культуру ответа на вопросы.

Планируемые результаты:

Предметные:

• сформировать понятия о изопроцесс, изотермический, изобарный, изохорный, закон Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, изотерма, изохора, изобара;

• выработать умения выделять и описывать изопроцессы;

• отработать навык решения аналитические и графические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы решать аналитические и графические задачи, используя уравнение состояния и газовые законы

Метапредметные:

• Регулятивные: фиксировать индивидуальное затруднение в проблемном действии; самостоятельно решать задачи, используя имеющиеся знания; контролировать свою деятельность по ходу выполнения задания;

• Познавательные работать с разными видами информации и ориентироваться в ней; выполнять действия по образцу; использовать знаково-символичные средства при сворачивании и разворачивании информации; задавать проблемные вопросы в ходе исследовательской деятельности и отвечать на них; развивать умение анализировать, сравнивать, сопоставлять и обобщать;

• Коммуникативные: развивать умение сотрудничества со сверстниками при работе в группе; развивать умение принимать коллективное решение.

Личностные УУД:

- Осознание необходимости учения и бережного отношение к своему здоровью;

- Осознать роль газовых законов в жизни человека;

- Работать над самооценкой и адекватным пониманием причин успеха/неуспеха в учебной деятельности;

- Учиться проявлять самостоятельность в разных видах деятельности (выдвигать гипотезу, проверять ее опытным путем, делать выводы);

- Работать над осознанием ответственности за общее дело; учиться выражать свое мнение.

Место урока в разделе "Основы МКТ": урок проводился в 10 классе после изучения основ молекулярно-кинетической теории газов и понятия температура.

План урока:

1. Организационный этап (1минута).

2. Постановка темы, цели и задачи урока (5 минут).

3. Этап изучения нового материала (3 минут).

4. Работа в группах (5 минут).

5. Валеологическая пауза (1мин)

6. Этап изучения нового материала (10 минут).

7. Применение газовых законов (4 минут)

8. Рефлексия, подведение итогов (1 минут).

Ход занятия

1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП

Задачи

1. Обеспечить нормальную внешнюю обстановку для работы на уроке.

2. Психологически подготовить учащихся к общению.

Содержание этапа урока

1. Приветствие.

2. Проверка подготовленности школьников к уроку.

3. Организация внимания школьников.

4. Раскрытие общих целей урока и плана его проведения.

Здравствуйте, гости дорогие! Добрый день, учащиеся! Я рада вас видеть. Сегодня мы с вами совершим увлекательное виртуальное историческое путешествие, и, надеюсь, вы откроете для себя что-то новое. Для нормальной работы нам потребуются хорошие знания законов физики, поэтому сейчас мы с вами их повторим.

2. ПОСТАНОВКА ТЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧ УРОКА

Образовательные задачи

1. Установить правильность, полноту и осознанность выполнения домашнего задания всеми учащимися.

2. Выявить пробелы в знаниях и способах деятельности учащихся.

Содержание этапа урока

1. Выяснение степени усвоения учащимися заданного учебного материала (выявление знаний о фактах, понятиях, законах, свойствах, правилах, теориях) «Мозговой штурм».

2. Определение типичных недостатков в знаниях и способах деятельности учащихся и причин их появления.

По традиции опять

Начинаем как обычно

Знания проверять.

Это ведь для нас привычно.

Приготовьтесь отвечать,

Игра «Мозговой штурм» на время (3минут).

Учащиеся отвечают на вопросы каждому правильному ответу, присвоена определенная буква. В результате из букв составляется ключевое слово - тема урока «Изопроцессы».

Вы хорошо поработали над предыдущей темой (мотив достижений).

Но не усвоили ещё одну важную сторону этой темы (мотив относительной неудовлетворенности).

А между тем, это будет необходимо: например, в таких ситуациях – видеоролик «Воздушное огниво» (1мин) (мотив ориентации на деятельность).

Итак, мы знаем уравнение, которое характеризует состояние идеального газа. . Мы видим, что если масса постоянна, то между оставшимися параметрами есть определённое соотношение.

Сегодня на уроке мы с вами продолжим знакомство с газами. Откроем тетради, напишем число и запишем тему урока «Изопроцессы».

Надо сказать, что изопроцессами называются такие процессы, которые протекают при неизменно одном из параметров газа. Другими словами изопроцесс это процесс, который протекает при постоянном давлении, или процесс который протекает при постоянном объеме, или процесс который протекает при постоянной температуре. Уравнение описывающий изопроцесс, его закономерности - газовым законом. Цель нашего урока: познакомится с законами изопроцессов иначе газовыми законами.

Получить уравнение состояния, используя те знания, что у вас уже есть достаточно просто, и вы сможете в этом убедиться. А зная это уравнение, можно вывести все три газовых закона всего за 10 минут.

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: около 420 г. до н.э.- Атомная теория строения вещества, 1662 - 1802гг – экспериментально установлены газовые законы, 1811 - Закон Авогадро, 1827 - Броуновское движение, 1834 - Уравнение состояния идеального газа, 1849 - Молекулярно-кинетическая теория, а более общая форма уравнения состояния идеального газа – в 1874 году Д.И.Менделеевым.

Ваша задача на уроке: повторить путь известных физиков и получить формулировки газовых законов. По сравнения с 17-18 в., для вас эта задача значительно упрощена. Но, выступая в роли исследователей, вам придется анализировать увиденное, делать выводы, объяснять результаты. Ведь как говорил Майкл Фарадей “Искусство экспериментатора состоит в том, чтобы уметь задавать природе вопросы и понимать ее ответы”.

По ходу урока вы будете весь новый материал систематизировать и заносить в таблицу:

Закон	Изопроцесс	История открытия	Связь между другими параметрами	МКТ-трактовка	Установка опыта	График изопроцесса

1. ЭТАП ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА.

Образовательная задача: обеспечить восприятие, осмысление и первичное запоминание учащимися изучаемого материала 

Содержание этапа урока

1. Организация внимания учащихся.

1. Создание содержательных и методических условий для философского осмысления детьми изучаемого материала.

Итак, прейдем с вами к изучению газовых законов и изопроцессов.

Посмотрите следующую анимацию и определите, какие параметры постоянные, а какие не постоянные (Анимация_Изотермический процесс 14с.) (Т- const., P и V не постоянны)

Вопрос: какая зависимость между P и V (с уменьшением объема, растет давление – обратная пропорциональная связь давления и объёма P~1/V)

Первый газовый закон был открыт английским ученым Робертом Бойлем(1627–1691гг.) в 1662г. Работа называлась «Новые эксперименты, касающиеся воздушной пружины». Бойль изучал изменение давления газа в зависимости от объема при постоянной температуре. Данный процесс называется изотермическим процессом.

Независимо от Роберта Бойля несколько позднее французский ученый Эдмо Мариотт пришел к тем же выводам. Поэтому газовый закон получил название закон Бойля-Мариотта.

Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной температуре, Т- const.

Из уравнения состояния идеального газа следует, что при постоянной температуре произведение давления газа на его объем должно оставаться постоянным, т. е. PV – const.

Изотермический процесс: При постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объёму газа: Р₂\Р₁ = V₁\V₂ или РV = const, Т = const

ЗАКОН БОЙЛЯ–МАРИОТТА – при неизменной температуре произведение объема данной массы газа на его давление является величиной постоянной.

Из закона Бойля–Мариотта следует, что при постоянной температуре газа его давление обратно пропорционально объему. При увеличении объема газа в 2 раза его давление уменьшается тоже в 2 раза.

График этого уравнения в системе координат, где по оси абсцисс отложен объем V, а по оси ординат – давление Р представляет собой гиперболу и называется изотермой.

Объясним этот процесс с точки зрения молекулярно – кинетической теории: при разрежении газа, то есть увеличении объема, молекулы располагаются дальше друг от друга, уменьшается их концентрация в сосуде. Поэтому они реже ударяют о стенки сосуда, и от этого давление газа уменьшается. А при сжатии газа, то есть уменьшении его объема, молекулы располагаются ближе друг к другу, увеличивается их концентрация в сосуде. Поэтому они чаще ударяют о стенки сосуда, и от этого давление газа увеличивается.

Результат изучения данного этапа:

Закон	Изопроцесс	История открытия	Связь между другими параметрами	МКТ-трактовка	Установка опыта	График изопроцесса
Бойля - Мариотта	Изотермический - это процесс изменения системы при постоянной температуре Т = const	1662г. Р.Бойль (Англия), Э.Мариотт (Франция). Газ неизменной массы подвергали сжатию и расширению при постоянной температуре, измеряя его объем и давление.	P1V1=P2V2 P~1/V РV = const Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется.	V↓ → р↑, т.к. p=nkT, V~1/n, V↓ → n↑ p~n, n↑ → р↑.	Поршень легко подвижен   V↓ → р↑  p↓ → V↑

Спринцовка, вакумная медицинская банка или обычная пипетка являются практическими иллюстрациями закона Бойля.

Закон Бойля-Мариотта начинает «работать на человека» (как, впрочем, и на любое млекопитающее) с момента его рождения, с первого самостоятельного вздоха. При дыхании межреберные мышцы и диафрагма периодически изменяют объем грудной клетки. Когда грудная клетка расширяется, давление воздуха в легких падает ниже атмосферного, воздух идет из окружающей среды в легкие самотеком до тех пор, пока величины давления в легких и в окружающей среде не выровняются - происходит вдох. Выдох происходит аналогично за счет обратного перепада давлений.

Величина отрицательного давления на вдохе составляет около 0,9 кПа, на выдохе— около 0,3 кПа.

Задумывались ли вы над тем, что сердце работает подобно насосу, который гонит кровь через кровеносные сосуды человеческого тела. Во время сжатия, или так называемой систолы, кровь выжимается из сердца в артерии. Затем сердце расслабляется, и в продолжение этого времени оно наполняется кровью из вен. Этот период наполнения называется диастолой.

Одним из величайших достижений современной медицины было открытие методов измерения кровяного давления. При наполнении воздухом манжета расширяется и она сдавливает руку до тех пор, пока ток крови в главной артерии не прекращается. Когда давление в трубке станет меньше, чем давление крови в артерии, врач услышит снова пульсацию крови в артерии. Давление во время систолы — максимальное давление в артерии. Врач выпускает еще больше воздуха из трубки и прекращение звука показывает, что манжета перестала препятствовать течению крови. Это давление во время диастолы, которое поддерживает течение крови между биениями сердца, когда сердце расслабляется и снова наполняется кровью. Для здоровых молодых людей, школьников старших классов, систолическое давление должно быть около 120 мм рт. ст., диастолическое около 75 мм рт.ст. Кровяное давление у человека измеряют обычно на уровне сердца.

1. РАБОТА ДЛЯ ПАРЫ УЧАЩИХСЯ

Двое учащихся измеряют давления используя тонометр, в это время учитель с остальными детьми решают задачу №1 «При давлении 9 МПа объем воздуха в цилиндре под поршнем 5л.Найти объем газа при давлении 3 МПа».

1. Ученики по группам измеряют артериальное давление и пульс у своих одноклассников в различных положениях.

• Сидя на стуле

а) на уровне сердца: (109 мм рт. ст., -75 мм рт. ст., -72)

• Cтоя

а) на уровне сердца: (122 мм рт. ст., -79 мм рт. ст., -82)

• сидя на корточках

а) на уровне сердца: (131 мм рт. ст., -90 мм рт. ст., -92)

2. Ученики объявляют о своих измерениях и соответствующих выводах: кровяное давление имеет разную величину и зависит от того, стоит, сидит на стуле или сидит на корточках человек.

1. ВАЛЕОЛОГИЧЕКАЯ ПАУЗА

Проводится гимнастика для улучшения мозгового кровообращения. Выполняют упражнения по команде учителя. Исходное положение – сидя на стуле, руки на пояс. Упражнение №1.Голову наклонить вправо. И. п. Голову наклонить влево. И. п. (Упражнение повторяется 6 раз). Упражнение №2. Голову повернуть направо. И.п. Голову повернуть налево. И. п. (Упражнение повторяется 6 раз). Упражнение №3.Правая рука – вперёд, левая – вверх. И. п. Левая рука – вперёд, правая – вверх. И. п. (Упражнение повторяется 6 раз). 

1. ЭТАП ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА.

Посмотрите следующую анимацию и определите, какие параметры постоянные а какие не постоянные (Анимация_ Изохорный процесс 14с.) (V - const., P и Т не постоянны)

Какая зависимость между P и Т (с уменьшением температуры, уменьшается давление – прямая пропорциональная связь давления и температуры P~Т)

Второй газовый закон был открыт французским физиком Шарлем Жаком Александром Сезаром. В 1787г., исследуя свойства газов, установил зависимость объема идеального газа от температуры. В 1802 этот закон был вновь открыт Ж. Л. Гей-Люссаком. Данный процесс называется изохорным.

Изохорным называется процесс, протекающий при неизменном объеме, V - const.

Из уравнения состояния идеального газа следует, что при постоянном объеме отношение давления газа к его температуре должно оставаться постоянным, т. е. уравнение изохорного процесса есть P/Т=const.

При постоянном объеме давление, производимое данной массой газа, прямо пропорционально температуре газа: P₁/T₁=P₂/T₂ или Р\Т = const, V=const.

ЗАКОН ШАРЛЯ – при неизменном объеме отношение давления данной массы газа к его температуре является величиной постоянной.

Из закона Шарля следует, что при постоянном объеме газа его давление прямо пропорционально температуре.

Зависимость Р от Т имеет вид прямой, которая называется изохора. Изохора, соответствующая большему объему, располагается ниже изохоры, соответствующей меньшему объему.

Объясним этот процесс с точки зрения молекулярно – кинетической теории: при нагревании газа увеличивается скорость движения молекул, которые сильнее ударяют о стенки сосуда, что приводит к увеличению давления. А при охлаждении скорость движения молекул уменьшается, следовательно они реже и слабее ударяют о стенки сосуда, что приводит к уменьшению давления.

Результат изучения данного этапа:

Закон	Изопроцесс	История открытия	Связь между другими параметрами	МКТ-трактовка	Установка опыта	График изопроцесса
Шарля	Изохорный- это процесс изменения системы при постоянном давлении V=const	1787г. Ж.Шарль (Франция). Нагревая газ при постоянном объеме, заметил, что при изменении температуры газа постоянной массы его давление изменяется одинаково для всех газов.	P1/T1=P2/T2 P~Т Р\Т = const Для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не меняется.	Т↓ → р↓, p=nkT, p~T, Т↓ → р↓ V=const→ n=const	Поршень закреплен    T↓ → р↓  T↑ → p↑

Увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании является изохорным процессом. Чтобы проиллюстрировать этот процесс посмотрим видеоролик “Кипение при пониженном давлении» (1мин40с).

Если мы рассмотрим два графика изохоры, то заметим, что большему значению Р соответствует меньшее значение V, при фиксированной температуре.

А теперь рассмотрим случай, когда давление в газе постоянно. Анимация_Изобарный процесс 14с.

Какая зависимость между V и Т (с уменьшением температуры, уменьшается давление – объём газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре V~Т)

Третий газовый закон был открыт французским химиком и физиком, иностранным почетным членом Петербургской академии наук (1829) Жозефом Луи Гей-Люссаком. В 1802г. независимо от Джона Дальтона Гей-Люссак открыл один из газовых законов – закон теплового расширения газов, позже названный его именем. Данный процесс называется изобарным.

Изобарным называется процесс, протекающий при неизменном давлении, Р-const.

Из уравнения состояния идеального газа следует, что уравнение изобарного процесса имеет вид: V/Т = const или V = constТ.

При постоянном давлении производимое массой газа объем газа, прямо пропорционально температуре газа: V₁\ T₂ = V₂\T₂ или V\T = const, P = const

ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА – при неизменном давлении отношение объема данной массы газа к его температуре является величиной постоянной.

Из закона Гей-Люссака следует, что при постоянном давлении газа его объем прямо пропорционален температуре. При увеличении температуры газа в 4 раза, его объем увеличится тоже в 4 раза.

Зависимость Р от Т имеет вид прямой, которая называется изобара. Изобара соответствующая более высокому давлению, лежит ниже изобары, соответствующей более низкому давлению.

Объясним этот процесс с точки зрения молекулярно – кинетической теории: при нагревании газа увеличивается скорость движения молекул, которые при столкновении друг с другом разлетаются на большие расстояния, то есть увеличение объема газа, а при понижении температуры, уменьшается скорость движения молекул - уменьшение расстояния между молекулами, так как они уже не могут разлетаться на большие расстояния и объем газа уменьшается.

Результат изучения данного этапа:

Закон	Изопроцесс	История открытия	Связь между другими параметрами	МКТ-трактовка	Установка опыта	График изопроцесса
Гей- Люссака	Изобарный- это процесс изменения системы при постоянном давлении P=const	1802г. Ж.Гей-Люссак (Франция). Нагревая газ при постоянном давлении, заметил, что при изменении температуры газа постоянной массы его объем изменяется одинаково для всех газов.	V1/T1=V2/T2 V ~ Т V\T = const Для газа данной массы  отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется	Т↓ → V↓, т.к. n=p/kT или, то V~T (N, k, p=const	Поршень легко подвижен  T↓ → V↓  T↑ → V↑

Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем. Чтобы проиллюстрировать этот процесс посмотрим видеоролик “Яйцо в бутылке” (2мин).

Рассмотрим семейство графиков для разных давлений. При зафиксированной температуре большему значению Р соответствует меньшее значение V.

1. . ЭТАП ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ

Образовательные задачи этапа

1. Установить правильность и осознанность учащимися изученного материала.

2. Выявить пробелы в осмыслении изученного материала, неверные представления школьников.

3. Провести коррекцию выявленных пробелов в осмыслении учащимися изученного материала. 

Содержание этапа урока

1. Проверка учителем понимания учащимися того, что является сущностью основного содержания.

2. Проверка полноты и осознанности усвоения учащимися знаний и способов действий.

3. Выявление пробелов осмысления учащимися изученного материала.

4. Ликвидация неясностей осмысления учащимися изученного материала.

УЧАЩИЕСЯ ОТВЕЧАЮТ НА ВОПРОС: Объясните для чего, перед использованием медицинской банки внутрь ее вносят горящий, смоченный спиртом, ватный тампон? (В результате нагревания давление внутри банки увеличивается, а в приложенной к телу остывающей медицинской банке давлении воздуха становится меньше атмосферного и поэтому нагретая медицинская банка «присасывается» к телу согласно закону Шарля.)

1. ЭТАП РЕФЛЕКСИИ

Образовательные задачи этапа

1. Инициировать рефлексию учащихся по поводу своего эмоционального состояния, своей деятельности, взаимодействия с учителем и одноклассниками.

2. Обеспечить усвоение учащимися принципов саморегуляции и сотрудничества.

3. Дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся.

Содержание этапа учебного занятия

1. Мобилизация учащихся на рефлексию.

2. Подведение итогов учебного занятия.

Однажды журналисты задали Ричарду Фейману, Нобелевскому лауреату и самому экстравагантному физику, необычный вопрос: если бы в результате мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтожены и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, то какое утверждение принесло бы наибольшую пользу. Фейман назвал атомную гипотезу: все тела состоят из атомов, которые находятся в непрерывном движении, притягиваются и отталкиваются друг от друга. Такой ответ был вызван непростой судьбой атомной теории. Слово «атом» было внесено в физику древнегреческим ученым Демокритом две с половиной тысячи лет назад и только сотню лет назад ученые окончательно приняли эту гипотезу на веру. Как вы думаете, почему так произошло? Правильно. Потому что эти частицы очень малы, а человек пока не увидит что – либо своими глазами, не верит в существование. Десятки физиков добывали все новые и новые знания об атомах, а сотни других ученых продолжали считать их удобной выдумкой. Так англичанин Джон Дальтон ввел понятие химического элемента (1804г), австриец Лошмидт рассчитал массу атомов (1865г), итальянец Авогадро посчитал количество частиц, немец Штерн сумел измерить их скорость, а русский химик Менделеев объединил все атомы в Периодическую систему. Ну а первым ученым, который заявил: «Теперь я знаю, как устроен атом!» стал англичанин Резерфорд.

Ну вот, девчата дорогие,

Заканчивается урок.

Вы поработали на славу,

Трудился каждый, кто как мог.

Домашнюю с доски спишите,

Ещё забыла вам сейчас

Оценочки поставить,

Подведение итогов урока. Выставление отметок.

Ну что ж я с вами не прощаюсь,

До скорого свидания!

Благодарю всех за урок.

Домашнее задание: § 71, построить графики изопроцессов в координатах РV, VТ, РТ.

Измерьте кровяное давление и сделайте выводы:

Сидя на стуле, стоя. Сидя на корточках:

а) рука выше головы

б) на уровне сердца

в) рука внизу

г) на уровне сердца после 20 приседаний

Результаты урока:

1. Учащиеся изучили уравнения газовых законов, дали их молекулярно-кинетическую трактовку.

2. Научились строить графики изопроцессов и читать их в различных координатных осях.

3. Учащиеся смогли применить полученные знания для решения задач.

4. Наглядность и большая доля самостоятельности при выполнении работы способствовала лучшему усвоению изучаемого материала и формированию познавательного интереса учащихся.