Давление газа на стенки сосуда при различных температурах. Методические материалы

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (базового и профильного уровней).

Компьютерная программа иллюстрирует учебную тему «Давление газа».

Краткая теория

Давление разреженного газа в сосуде постоянного объема V изменяется прямо пропорционально его абсолютной температуре: p ~ T. С другой стороны, при неизменных объеме V и температуре T давление газа изменяется прямо пропорционально отношению количества вещества ν в данном сосуде к объему V сосуда:
где N – число молекул в сосуде, NА – постоянная Авогадро, n = N/V – концентрация молекул (т. е. число молекул в единице объема сосуда). Объединяя эти соотношения пропорциональности, можно записать: p = nkT, где k – некоторая универсальная для всех газов постоянная величина. Ее называют постоянной Больцмана, в честь австрийского физика Л. Больцмана, одного из создателей молекулярно-кинетической теории. Постоянная Больцмана – одна из фундаментальных физических констант. Ее численное значение в СИ равно: k = 1,38∙10–23 Дж/К.

Сравнивая соотношения p = nkT с основным уравнением молекулярно-кинетической теории газов, можно получить:

Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа прямо пропорциональна абсолютной температуре.

Таким образом, температура – это численная характеристика средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Работа с моделью

Компьютерная программа позволяет изменять концентрацию молекул газа в сосуде и температуру газа. Выводится значение давления газа.

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена на уроках изучения нового материала, повторения, решения задач в 10 классе по теме: «Абсолютная температура. Зависимость давления идеального газа от температуры».

В зависимости от технического оснащения учебного процесса и особенностей учебно-тематического планирования модель может использоваться в следующих вариантах:

  • иллюстративный компонент (демонстрация с использованием проекционной техники);
  • основа кратковременных (10–15 минут) работ;
  • основа урока изучения нового материала, закрепления полученных знаний (в качестве средства экспериментальной поддержки), урока решения задач (в качестве основы заданий и средства экспериментальной проверки полученных результатов).
Примеры планирования уроков с использованием модели
Тема «Абсолютная температура. Зависимость давления идеального газа от температуры»

Цели урока: ввести понятие абсолютной шкалы температур, рассмотреть температуру как характеристику средней кинетической энергии движения молекул, вывести уравнение зависимости давления идеального газа от температуры.

№ п/п Этапы урока Время, мин Приемы и методы
1 Организационный момент 2
2 Объяснение нового материала по теме «Абсолютная температура. Зависимость давления идеального газа от температуры» 25 Лекция
3 Решение задач с использованием компьютерной модели «Давление газа на стенки сосуда при различных температурах» 15 Работа на доске, с рабочим листом и моделью
4 Объяснение домашнего задания 3
Таблица 1. 
Примеры заданий

Внимание. Ученики работают с задачами, не используя модель. По окончанию работы ученики проверяют результаты с помощью модели.

Пример задачи.

  • Решите задачу, предложенную на рисунке 1.
    Рис. 1. 
  • Решите задачу, предложенную на рисунке 2
    Рис. 2. 
  • Решите задачу, предложенную на рисунке 3
    Рис. 3.