Физика
Уроки Физики
Все предметы
ВНО 2016
Конспекты уроков
Опорные конспекты
Учебники PDF
Учебники онлайн
Библиотека PDF
Словари
Справочник школьника
Мастер-класс для школьника

ВСЕ УРОКИ ФИЗИКИ 10 класс

2-й семестр

 

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

 

1. Свойства газов, жидкостей, твердых тел

Урок 7/78

Тема. Основное уравнение МКТ идеального газа

 

Цель урока: выяснить механизм давления идеального газа и его зависимость от микропараметров

Тип урока: изучение нового материала

План урока

Контроль знаний

5 мин.

1. Закон Гей-Люссака.

2. Закон Шарля.

3. Закон Бойля-Мариотта.

4. Графики изопроцесса

Демонстрации

3 мин.

1. Модель давления газа.

2. Фрагмент кинофильма «Молекулы и молекулярное движение»

Изучение нового материала

25 мин.

1. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.

2. Связь давления со средней кинетической энергией молекул

Закрепление изученного материала

12 мин.

1. Тренируемся решать задачи.

2. Контрольные вопросы

 

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа

Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами - массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа.

Поскольку давление газа на стенку сосуда обусловлено ударами молекул, давление газа пропорционально концентрации молекул n: чем больше молекул в единице объема, тем больше ударов молекул о стенку за единицу времени. Каждая молекула при ударе о стенку передает ей импульс, пропорциональный импульсу молекулы, равном по модулю m0, где - модуль скорости молекулы. Поэтому можно было бы ожидать, что давление пропорционально nm0, где - среднее значение модуля скорости молекул.

Однако, на самом деле давление пропорционально не первой, а второй степени скорости, так как, чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. И действительно, расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа имеет вид:

где m0 - масса одной молекулы газа, n - концентрация молекул, 2 - среднее значение квадрата скорости молекул.

Коэффициент 1/3 обусловлен трехмерностью пространства - тем, что во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.

Итак, немецкий физик Г. Клаузиус выяснил, что давление идеального газа прямо пропорционально концентрации частиц, массы частицы и среднего значения квадрата скорости частицы.

Полученное уравнение связывает макроскопічну величину - давление,- что может быть измерено манометром, с микроскопическими величинами, характеризующими молекулы, и является как бы мостиком между двумя мирами: макроскопическим и микроскопическим.

2. Связь давления со средней кинетической энергией молекулы

Если через обозначить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы, то уравнение Клапейрона можно записать в виде:

image495

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы В этой формуле концентрация частиц характеризует число ударов молекул о поршень, а средняя кинетическая энергия молекул определяет интенсивность одного удара.

 

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Каков механизм возникновения давления газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества?

2. Почему можно считать, что молекулы в газе движутся только вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений?

3. В каких слоях атмосферы воздух по своим свойствам приближается к идеальному газу: у поверхности Земли или на далеких высотах?

 

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Тренируемся решать задачи

Кислород находится в нормальных условиях. Вычислите среднюю квадратичную скорость молекул газа.

Решение

При нормальных условиях давление кислорода равна 1,01·105 Па, а плотность - 1,43 кг/м3. Считая, что концентрация газа n = N/V, можно записать:

image496

Отсюда получаем: image497

Проверив единицы величин и выполнив расчеты, получаем = 460 м/с.

2. Определите кинетическую энергию хаотического поступательного движения всех молекул любого газа в баллоне объемом 5 л с давлением 1 МПа.

3. Чему равна средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул аргона, если 2 кг его, находясь в сосуде объемом 2 м3, оказывают давление 3·105 Па?

2). Контрольные вопросы

1. Каким образом в основном уравнении молекулярно-кинетической теории мы получили множитель 1/3?

2. Почему молекула при столкновении со стенкой сосуда действует на нее с силой, пропорциональной скорости, а давление пропорционально квадрату скорости?

3. Как средняя кинетическая энергия молекул зависит от концентрации газа и его давления на стенки сосуда?

 

Что мы узнали на уроке:

• Давление идеального газа прямо пропорционально концентрации частиц, массе частицы и среднему значению квадрата скорости частицы.

image498

• Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы:

 

Домашнее задание

1. Конспект.

2. Решите задачи:

г1): 1. Как изменится давление газа, если концентрация его молекул увеличится в 3 раза, а средняя квадратичная скорость молекул уменьшится в 3 раза?

2. Под каким давлением находится газ в сосуде, если средняя квадратичная скорость его молекул 103 м/с, концентрация молекул 3·1025 м-3, а масса каждой молекулы 5·10-26 кг?

3. Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул газа с давлением 105 Па. Концентрация молекул газа 2,7·1025 м-3.

р2): 1. Определите плотность кислорода, находящегося под давлением 1,3·105 Па. Средняя квадратичная скорость молекул 1,4·103 м/с.

2. Какое давление на стенки сосуда оказывают молекулы газа, если масса газа 3 г, объем 5·10-4 м3, средняя квадратичная скорость молекул 500 м/с?

3. Какова средняя квадратичная скорость движения молекул газа, который занимает объем 5 м3 с давлением 2·105 Па и имеет массу 6 кг?

Г3): 1. Давление углекислого газа, если в баллоне объемом 40 л содержится 5·1024 молекул, а средняя квадратичная скорость молекул 400 м/с?

2. Определите кинетическую энергию хаотического поступательного движения всех молекул любого газа в баллоне объемом 10 л и давлением 4·105 Па.

3. Часть стенки сосуда покрыли клеем, что поглощает все падающие молекулы газа. Изменится ли давление газа на этот участок стенки? Обоснуйте свой ответ.