Интегрированный урок по физике и информатике по теме "Изучение изобарного процесса в газе"

Разделы: Физика, Информатика

Класс: 10.

Место: кабинет информатики.

Время: по расписанию.

Цель урока: экспериментально проверить справедливость закона Гей-Люссака путем сравнения параметров газа в двух термодинамических состояниях (используя средства информационных технологий).

Задачи:

а) образовательные:

  • научить учащихся пользоваться комплектом лабораторного оборудования для изучения газовых законов;
  • научить учащихся правильному оформлению лабораторных работ, формулировки цели и вывода, вычислению погрешности измерений;
  • научить работать с программой Microsoft Excel для обработки результатов измерений.

б) воспитательные:

  • воспитание самостоятельности, ответственности, трудолюбия, настойчивости и уважительного отношения к учителю и одноклассникам.

в) развивающие:

  • развитие навыков практической деятельности, степени самостоятельности, внимания, логического мышления, а также интереса к познавательной деятельности
  • расширение взглядов учащихся на применение компьютера в образовательном процессе.

Оборудование: мультимедийный проектор, экран, компьютеры, лабораторное оборудование:

  • стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8—10 мм;
  • цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40—50 мм, наполненный горячей водой (t 60°С);
  • стакан с водой комнатной температуры;
  • пластилин;
  • термометр;
  • линейка.

ХОД УРОКА

  1. Организационный момент. (Учитель физики) (2 мин) см. Приложение 1.

    2. Здравствуйте. Сегодня мы с вами проводим интегрированный урок по теме: “ Изучение изобарного процесса в газе”.

    Цель урока: экспериментально проверить справедливость закона Гей-Люссака используя средства информационных технологий.
  2. Этап актуализации знаний. (Учитель физики) (3 мин)

- Давайте вспомним какие изопроцессы вы знаете?

  • Изотермический (Т = const)
  • Изобарный (р = const)
  • Изохорный (V = const)

- Об изобарном процессе более подробно расскажет … см. Приложение 2.

Ученик: Изобарный процесс – процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном давлении. При изобарном процессе давление, и масса газа не изменяются.

Так как плотность и масса постоянны, то из уравнения Клапейрона-Менделеева следует закон Гей-Люссака:

pV= (m/M)*RT, ==> V=const*T

Объем газа данной массы при постоянном давлении пропорционален термодинамической температуре.

Закон Гей-Люссака:

Для газа данной массы при постоянном давлении отношение объема газа к его термодинамической температуре постоянно:

V1/T1=V2/T2

На <Рисунке 1> представлены начальное и конечное состояние газа при его изобарном расширении при давлении p1, когда к газу подводится количество теплоты Q.

В начале процесса объем газа V1, температура T1, в конечном состоянии – V2 и T2 соответственно.

А из закона Гей-Люссака следует, что эти величины изменяются пропорционально друг другу, т.е. V1/T1=V2/T2

3.Этап изучения нового материала (теория и эксперимент) (35 мин)

Учитель физики: Спасибо. Приложение 3. Сегодня нам предстоит выполнить лабораторную работу “Изучение изобарного процесса в газе”, цель которой: “экспериментально проверить закон Гей-Люссака путем сравнения параметров газа в двух термодинамических состояниях.”

Для проведения эксперимента вам понадобится следующее оборудование (говорит и показывает):

  1. стеклянная трубка, запаянная с одного конца,
  2. стеклянный цилиндр с горячей водой (t 60°С);
  3. стакан с водой комнатной температуры;
  4. пластилин;
  5. термометр;
  6. линейка

А сейчас, возьмите в руки описание работы см. Приложение 4, рассмотрим её теоретическое обоснование.

Прошу:

Ученик 2: Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства. Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3— 5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой <Рисунок 2>. В этом случае объем воздуха V1 равен объему стеклянной трубки, а температура — температуре горячей воды Т1. Это — первое состояние.

Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином.

После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры <Рисунок 3>, а затем прямо под водой снимают пластилин.

По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься.

После прекращения подъема воды в трубке <Рисунок 4> объем воздуха в ней станет равным V 2<V 1, а давление p = pатм — gh.

Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выровняются <Рисунок 5>.

Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре Т 2 окружающего воздуха.

Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине <Рисунок 6>.

Поэтому в работе следует сравнить отношения l1 /l2 и T1/T2.

Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура — термометром.

Учитель физики: Спасибо. Итак, в какой последовательности вы будете проводить эксперимент? Какие измерения делаете при этом?

Ученик3: Измерим длину трубки l1 и температуру воды в сосуде t1

Ученик4: Опустим трубку в цилиндр закрытым концом вниз и ждем 3 – 4 мин.

Ученик5: Замажем пластилином трубку, достанем из цилиндра, перевернём и опустим в стакан с водой. Уберём пластилин.

Ученик6: Погружаем трубку в стакан пока уровни воды в трубке и стакане не выровняются. Измерим высоту столба воздуха в трубке l2.

Ученик7: Измерим температуру воздуха в кабинете t2.

Учитель физики: Прежде, чем продолжить работу напоминаю, что:

  • Термометр должен всегда лежать в футляре. Вынимать его нужно только на время измерения.
  • Снимать показания с термометра нужно, не вынимая его из сосуда с водой.
  • Во время работы будьте внимательны и осторожны, старайтесь уберечь стеклянную посуду от ударов, чтобы не разбить ее.

Учитель информатики:

  • Работать с водой аккуратно, переливая, не разливать ее на парту.
  • Приступая к вычислениям, промокните руки салфеткой, чтобы при работе на компьютере руки были сухими

Учитель физики: Подойдите, пожалуйста, к столам для проведения эксперимента. С собой возьмите описание работы и бланк отчета для записи результатов измерений.

Пожалуйста, приступайте. Этапы работы мы проговорили. Если кто забыл, то информацию вы видите на слайде и в описании.

Учащиеся выполняют эксперимент.

Учитель информатики:

Кто сделал все необходимые измерения, займите своё место за компьютером, приступаем к вычислениям.

На рабочем столе открыть файл “Лабораторная работа - Изобарный процесс” см. Приложение 5.

Вам необходимо внести данные своих измерений в таблицу, выполнить вычисление по формулам.

После вычислений, сравнить отношения.

Сделать выводы.

Учитель физики: Что у вас получилось? К каким результатам вы пришли? (заслушиваем ответы трёх учеников).

Какой общий вывод по работе можно сделать?

Ученик: В работе мы сравнивали отношения l1 /l2 и T1/T2. Они получились равными с учетом погрешности измерений. Это доказывает справедливость закона Гей-Люссака V1/T1=V2/T2.

4. Рефлексия (5 мин.)

Учитель информатики:

Понравилось ли Вам сегодня на уроке?

Что именно понравилось?

  • Интереснее изучать физику, когда видишь реальный результат.
  • Быстро выполняются все расчеты.
  • Наглядное представление теории.
  • Интересно использовать компьютер на разных предметах.

Учитель физики: Благодарю всех за работу на уроке. Бланки ответа оставьте на столах.

Учитель информатики: Спасибо всем за созданные информационные продукты. Урок окончен. До свидания! см. Приложение 6, Приложение 7.