Главная страница «Первого сентября» • Главная страница журнала «Физика» • Содержание №5/2010

Конкурс "Я иду на урок"

С. С. Егорова,
< fenshui8@mail.ru >, МОУ СОШ № 12, г. Королёв, Московская обл.

Молекулярно-кинетическая теория

Я иду на урокЦель урока: • обобщить и систематизировать знания по теме «Молекулярно-кинетическая теория» • подвести учащихся к осознанию необходимости диагностики уровня усвоения материала с целью устранения ошибок и пробелов • расширить кругозор учащихся.

Подготовка к уроку. Учитель заранее готовит на каждую парту дидактические раздаточные материалы и карточку для рефлексирования. Если в школе есть компьютер, то задача резко упрощается. Урок построен по методическим заметкам [1] и учебникам [2, 3]. Ребята делятся на три команды, примерно равные по силам. Каждая выбирает капитана, консультантов, которые занимаются со слабо успевающими. Учащимся напоминают, что успех команды зависит от подготовки и активности каждого участника.

Ход урока

1. Организационный (1 мин)

2. Подготовка к обучающей деятельности (10 мин)

Учитель. Молекулярно-кинетической теорией (МКТ) называется учение, объясняющее свойства тел взаимодействием и движением молекул и атомов. Основные положения, на которых базируется МКТ, высказывались уже в глубокой древности. Ещё Демокрит и Левкипп (карточка 1 [1]), знаменитые мыслители Древней Греции, около 2300 лет назад учили, что все вещества построены из мельчайших частиц – атомов – и что атомы могут быть различного вида. Те же мысли мы встречаем через столетие у Эпикура, а несколько позже – у древнеримского поэта и мыслителя Лукреция в его знаменитой поэме «О природе вещей».

Карточка 1. Атомизм – гениальная догадка

Идеи античных атомистов долгое время

V в. до н.э.

Демокрит

Начало Вселенной – атомы и пустота, всё остальное – мнение…

IV в. до н.э.

Эпикур

Свойства атома – вес, движение…

IV в. до н.э.

Аристотель

Атомов нет, потому что мы их не видим…

находились в забвении. Церковь преследовала учёных, развивающих идеи об атомно-молекулярном строении вещества. В 1626 г. парижский парламент издал декрет, запрещавший под угрозой смертной казни распространение идей об атомно- молекулярном строении вещества как материалистических в своей основе.

Одним из основателей МКТ является великий русский учёный М.В. Ломоносов. В двух своих работах – «Элементы математической химии» и «О нечувствительных физических частицах» – Ломоносов чётко излагает основы МКТ, подкрепляя их опытными фактами (карточки 2 и 3 [1]). К числу опытных доказательств движения молекул в теле относится явление, открытое в 1827 г. английским учёным Р. Броуном. Наиболее подробно броуновское движение было изучено на опыте французским учёным Ж. Перреном. В 1905 г. А. Эйнштейн теоретически доказал существование МКТ [3].

Карточка 2. Атомизм – гипотеза

XVII в.

 

П. Гассенди

Возрождает идею атомизма

И. Ньютон
и
Г. Галилей

Принимают идею атомизма как само собой разумеющееся; Галилей определяет вес воздуха

Р. Бойль
и
Э. Мариотт

Экспериментально установили первый газовый закон

XVIII в.

Д. Бернули

Закладывает основы теории газов: давление – результат ударов молекул о стенки сосуда

М.В. Ломоносов

Считает, что теплота – это движение корпускул, создаёт зачатки модели идеального газа, объясняет явление теплопроводности, выдвигает идею о недостижимости самой низкой температуры

Карточка 3. Атомизм – обоснованная идея

Химия



Дж. Дальтон

Соединяет атомистическую идею с экспериментальными данными; вводит понятие «атомный вес», определяет атомный вес некоторых веществ

А. Авогадро

Выводит закон Авогадро

Д.И. Менделеев

Открывает периодический закон

Физика













Ж. Гей-Люссак, Ж. Шарль

Экспериментально устанавливают газовые законы

Б. Клапейрон

Вводит закон состояния идеального газа

Р. Броун

Наблюдает движение частиц

Уотерсон

Закладывает основы МКТ: молекулы подобны бильярдным шарам

Дж. Джоуль

Выдвигает идею о хаотичности распределения молекул по направлениям движения

Р. Клаузиус

Выводит основное уравнение МКТ, вводит понятия «среднее число столкновений», «длина свободного пробега», вычисляет среднюю скорость пробега молекул

Лорд Рэлей (Дж. Стрэтт)

Ставит опыт по определению размеров атомов и молекул

Дж. Максвелл

Предлагает теорию распределения молекул по скоростям, теорию теплоёмкости, математическое описание диффузии, теплопроводности

Л. Больцман

Вводит вероятностный подход, выступает против энергетизма

А. Эйнштейн
и
М. Смолуховский

Вводят соотношение, позволяющее экспериментально определить число Авогадро из наблюдений за броуновской частицей

Ж. Перрен

Проверяет экспериментально выводы Эйнштейна; экспериментально изучает распределение частиц в поле земного тяготения

О. Штерн

Экспериментально определяет скорости молекул


Опытные факты

стрелка

Модели, гипотезы

стрелка

Разработка теории

стрелка

Cледствия

стрелка

Экспериментальная проверка следствий

МКТ служит основой для объяснения многих физических, химических, биологических явлений, без неё не может обойтись ни одна из естественных наук.

3. Самостоятельная систематизация материала (20 мин, с физкульминуткой после первых 10 мин)

На каждую парту раздаются дидактические карточки: • Дискретное строение вещества • Взаимодействие частиц вещества • Количество вещества • Температура • Давление газа • Уравнение состояния идеального газа • Теплоёмкость • Кристаллы • Модели кристаллических решёток • Траектория броуновской частицы. Модель. Агрегатные состояния • Молекулярная физика [4, 5]. (Ниже приведён один из плакатов компании «Edustrong» [4], ещё девять даны в электронных приложениях к № 5/2010.) Каждая команда получает заготовку своей таблицы и задание: заполнить её, проанализировав полученный раздаточный материал и выделив заданные структурные элементы теории. В итоге получаются три таблицы, содержание которых обсуждается в ходе фронтальной беседы.

рис.1

1-я группа: основание теории

Опытное обоснование

• Делимость вещества, парообразование, растворимость доказывают, что тело состоит из частиц • Сжимаемость веществ и диффузия свидетельствуют, что между частицами вещества есть промежутки
• Диффузия и броуновское движение доказывают, что частицы движутся • Зависимость скорости испарения и диффузии от температуры говорит о том, что скорость движения частиц зависит от температуры

Модели

Модель идеального газа, кристаллическая решётка твёрдых тел, модель строения жидкости

Величины и понятия

Макропараметры: давление, объём, температура

• Микропараметры: средний квадрат скорости, концентрация, масса одной молекулы

2-я группа: ядро теории

Законы

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:

формула1

Связь кинетической энергии молекул газа с абсолютной температурой: формула2

Принципы, положения, постулаты

Основные положения молекулярно-кинетической теории:

  • Все тела состоят из малых частиц, между которыми есть промежутки.
  • Частицы тел постоянно и беспорядочно движутся.
  • Частицы тел взаимодействуют друг с другом: притягиваются и отталкиваются

Фундаментальные постоянные

Число Авогадро: NА= 6,02 · 1023 моль-1.

Постоянная Больцмана: k = 1,38 · 10-23 Дж/К.

3-я группа: следствия

Частные

законы

Уравнение состояния идеального газа:

p = nkT.

Уравнение Клапейрона–Менделеева (уравнение состояния идеального газа):

формула3

Газовые законы:

  • при постоянной температуре (T = const) – изотермический процесс, pV = const (закон Бойля–Мариотта);
  • при постоянном давлении (р = const) – изобарический процесс, V/T = const (закон Гей-Люссака);
  • при постоянном объёме (V = const) – изохорический процесс, p/T = const (закон Шарля).

Закон Дальтона: давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений:

формула4

Закон Авогадро – одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул».

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа: формула5


4. Подведение итогов систематизирующей деятельности (9 мин)

Учитель раздаёт карточки 4, сообщает домашнее задание и просит детей оценить, насколько успешным был урок.

Карточка 4

Мне всё понравилось …………………………………

Мне ничего не понятно …………………………………

Мне было интересно …………………………………

Мне было скучно …………………………………

Мне было легко …………………………………

Мне было трудно …………………………………

Я узнал (-а) много нового …………………………………

Я не узнал (-а) ничего нового …………………………………

 

Литература

  1. Воронина Е.В. Обобщающее занятие // Я иду на урок физики. 10 класс. М.: Первое сентября, 2000. С. 141–150.
  2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2008. 368 с.
  3. Пёрышкин А.В. Курс физики. Молекулярная физика и теплота. М.: Просвещение, 1963. С. 98.
  4. Кабардин О.Ф. Молекулярная физика. М.: Варсон. [Электронный ресурс] URL: http://www.varson.ru
  5. Львовский М.Б. Урок 6. Уравнение состояния идеального газа: Материалы 2 всероссийского конкурса «Дистанционный учитель года-2000» // Молекулярная физика. [Электронный ресурс] URL: http://marklv.narod.ru

 

ЕгороваСветлана Сергеевна Егорова – учитель физики высшей квалификационной категории, окончила физмат Латвийского университета в 1990 г. по специальности «Физика», педагогический стаж 17 лет. Концепция собственной методической системы: активизация познавательной деятельности учащихся с помощью уроков различного типа. Классный руководитель. Участник городского фестиваля методических идей-2010. Дочь Диана учится на 5-м курсе МГСУ. Хобби – фэн-шуй.