Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Приазовский государственный технический университет»

Институт среднего профессионального образования

Методическая разработка открытого занятия

Взаимодействие атомов и молекул вещества в

различных агрегатных состояниях. Температура и ее

измерение. Свойства газов. Давление газа.

Дисциплина ОП.11 «Физика»

для всех специальностей 1 курса

Методическая

разработка

открытого

занятия

по

теме

«Взаимодействие

атомов

и

молекул

вещества

в

различных

агрегатных

состояниях.

Температура и ее измерение. Свойства газов. Давление газа "по дисциплине

ОП.11 "Физика".

Подготовила Березина И. И. - преподаватель ИСПО ФГБОУ ВО «ПГТУ»

квалификационной категории «специалист высшей категории» - 2024.

Изложена методика проведения занятия с использованием интерактивных

методов

обучения.

Для

преподавателей

учебной

дисциплины

"физика"

высших учебных заведений 1 – 2 уровней аккредитации.

Рецензент.

1.

Карбан Н.В. - преподаватель высшей категории ИСПО ФГБОУ ВО

«ПГТУ».

Рассмотрено

и

одобрено

на

заседании

цикловой

комиссии

физико-

математических дисциплин (протокол № 5 от 14.12.2024 г)

Председатель ЦК _ _ _ _ _ _ _ _ _ Карбан Н.В.

СОДЕРЖАНИЕ

Рецензии …………………………………………………………………………4

Предисловие ……………………………………………………………………..6

План занятия ……………………………………………………………………..7

Структура занятия ………………………………………………………………..8

Ход занятия ……………………………………………………………………….9

Приложение 1. Сравнительная таблица свойств газов, жидкостей и твердых

тел ………………………………………………………………………………...17

Приложение 2. Работа с карточками (закончит предложение) ………………18

Приложение

3.

Условие

задач

для

решения

(самостоятельная

работа

в

группах) …………………………………………………………………………19

Приложение 4. Описание физического прибора (домашнее задание) ………20

Рецензия на методическую разработку занятия по дисциплине «физика»

"Взаимодействие атомов и молекул вещества в различных агрегатных

состояниях. Температура и ее измерение. Свойства газов. Давление газа

"преподавателя Березиной И. И.

Тема методической разработки занятия соответствует учебной и рабочей

программам. Разработка занятия выполнена на высоком уровне. Структура

занятия-лекции

выдержана.

В

разработке

запланировано

использование

работы

в

группах,

докладов

с

одновременным

заполнением

таблицы,

устанавливается связь с историей физики. То есть преподаватель владеет

современными методами обучения, воспитания, показывает важность физики

и ее плотную связь с другими дисциплинами. При составлении

учебно-

методической разработки занятия преподаватель глубоко продумала тему,

мотивацию, формы опроса и материал мультимедийного показа к занятию.

Важно,

что

тема

занятия

тесно

связана

с

будущей

практической

профессиональной деятельностью студентов.

Поставленная

цель

занятия

-

помочь

студентам

прочно

усвоить

и

закрепить тему.

Методическая разработка занятия " Взаимодействие атомов и молекул

вещества в различных агрегатных состояниях. Температура и ее измерение.

Свойства

газов.

Давление

газа",

разработанная

Березиной

И.И.,

рекомендуется

для

использования

преподавателями

СПО

в

учебной

программе.

Цикловая

комиссия

физико-математических

предлагает

ознакомить

с

методической

разработкой

занятия

по

определенной

теме

преподавателей физики других вузов, входящих в городское методическое

объединение.

Преподаватель высшей категории

физико-математических дисциплин

ИСПО ФГБОУ ВО "ПГТУ" Н. В. Карбан

Подпись Карбан Н. В. утверждаю:

Директор И. Ф. Литвиненко

ИСПО ФГБОУ ВО "ПГТУ"

ПРЕДИСЛОВИЕ

Раздел " Молекулярная физика и термодинамика» дисциплины «физика»

студенты колледжа начинают учиться на первом курсе в первом семестре.

Цель

изучения

данной

темы

-

овладение

фундаментальными

понятиями,

законами и теориями классической и современной физики, а также методами

физических

исследований.

Основной

задачей

этого

раздела

является

систематическое

изучение

основных

понятий,

формирование

научного

мировоззрения и современного физического мышления, а также овладение

средствами

и

методами

решения

конкретных

задач,

умение

выделить

конкретный

физический

смысл

в

прикладных

задачах

будущей

специальности.

Раздел « Молекулярная физика и термодинамика» имеет определяющее

значение

для

студентов

электротехнических

специальностей.

Основные

положения и понятия темы должны стать основой для понимания студентами

физических основ живой природы, организма человека, природных явлений

и факторов, нарушающих экологическое равновесие. Результатами изучения

темы должны быть умение студентов объяснять на основе МКТ свойства

твердых

тел

и

материалов,

искусственных

материалов

с

заданными

свойствами, приводить примеры их использования в технике. А

все это

напрямую

связано

с

применением

теории

молекулярной

физики

и

термодинамики.

Для

достижения

этих

целей

необходимо

иметь

высокую

работоспособность, вырабатываемую систематической работой, внутренней

мобилизацией,

а

также

заинтересованностью

в

изучаемой

учебной

дисциплине.

Предложенное

занятие

(2

часа)

является

вторым

в

данном

разделе,

поэтому в нем мы продолжаем формировать основные понятия физики. В

нем предусмотрена проверка уровня знаний по предыдущей теме, выявление

типичных ошибок, организация коллективной работы, решение различных

задач для активизации мыслительной деятельности студентов.

Студенты должны знать:

* Создателей МКТ, выдающихся исследователей свойств жидкостей,

твердых тел и газов;

*

Распознавать

понятия

молекулы,

молярной

массы,

броуновского

движения,

теплового

движения

частиц,

температуры,

критической

температуры газа, давления газа;

Студенты должны уметь:

*

Обосновывать

температуру

как

энергетическую

характеристику

состояния вещества;

* Владеть экспериментальными способами определения температуры;

* Использовать положение МКТ для объяснения строения газообразных,

жидких и твердых тел и молекулярных явлений для решения качественных

задач

.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ

Учебная дисциплина: физика

Тема занятия: взаимодействие атомов и молекул вещества в различных

агрегатных

состояниях.

Температура

и

ее

измерение.

Свойства

газов.

Давление газа.

Цель занятия:

Методическая: совершенствование методики проведения лекционного

занятия по физике с использованием компьютерных технологий.

Учебная:

расширить

знания

студентов

относительно

свойств

газов,

жидкостей и твердых тел; ознакомить студентов с понятием давления газа;

подчеркнуть

значимость

моделей

в

физике:

сформировать

знания

о

физической модели – идеальный газ, ее преимущества; о температуре как

одном из термодинамических параметров, основных температурных шкалах

и связи между ними; об измерении температуры с помощью термометров.

Развивающая: развивать логическое мышление; развивать устойчивый

интерес к изучению дисциплины.

Воспитательная:

воспитывать

самостоятельность

при

решении

упражнений и задач, опрятность при оформлении задач; прививать черты

взаимопомощи при коллективном сотрудничестве на занятии.

Вид занятия: лекция.

Тип занятия: лекция с элементами эвристической беседы.

Форма

проведения

занятия:

эвристическая

и

репродуктивная

беседа,

выступления студентов с докладами, работа с таблицей, фронтальный опрос,

тестовый опрос, собственно лекция, работа в группах, решение задач.

Межпредметные связи:

Обеспечивающие Алгебра и начало анализа, физика

Обеспечиваемые

Теплотехника,

химия,

компьютерная

техника

и

программирование.

Методическое

обеспечение:

Раздаточный

материал,

таблицы

для

заполнения, опорные конспекты, мультимедийные слайды.

Литература:

Обязательная:

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский «Физика» 10 класс, Москва

«Просвещение» 2010 г.

Дополнительная:

В. Ф. Дмитриева "физика" Москва "Техника" 2008г.

Технические средства обучения:

мультимедийный проектор.

СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ

1. Организационная часть

2. Ознакомление студентов с темой, целью занятия

3. Мотивация обучения

4. Актуализация опорных знаний

4.1 Заполнение таблиц

4.2 Работа с карточками

5. Комментарий ответов студентов

6. Лекция

6.1 Запись темы и обсуждение плана лекции.

6.2 Преподавание нового материала

6.2.1 Собственно лекция, которую преподаватель проводит с использованием

мультимедийного

сопровождения.

Преподавание

нового

материала

сопровождается эвристической беседой.

6.2.2 Выступления студентов с историческими сведениями .

6.2.3 Примеры решения задач.

7. Закрепление учебного материала по данной теме

7.1 Работа в группах. Решение задач на скорость

7.2 Проверка самостоятельной работы групп

8. Комментарий ответов студентов. Выставление оценок

9. Итог занятия.

10. Домашнее задание.

Ход занятия

1. Организационный момент

1.1 Приветствие студентов.

1.2 Занятие проводится в кабинете физики, который полностью подготовлен

к учебному занятию по данной теме. Проверка наличия студентов.

2.

Ознакомление

студентов

с

темой

и

учебными

целями

занятия

(план

занятия)

3. Мотивация обучения

Учение о строении и свойствах вещества является одним из основных

вопросов

физики.

Знание

МКТ

позволяет

не

только

глубже

вникать

в

сущность процессов, которые происходят в веществе, но и воздействовать на

них, то есть получать материалы с заданными свойствами. А также знание

фундаментальных

законов

физики

облегчает

усвоение

предметов

обще

технического цикла по соответствующей специальности.

4. Актуализация опорных знаний

На

занятии

студенты

изучают

количественную

теорию

газов.

О

газообразном состоянии вещества студенты уже знают из курсов 7-8 классов,

поэтому преподаватель предлагает им заполнить сравнительную таблицу,

которая поможет воспроизвести эти знания и при необходимости вносит

коррективы в их ответы. (Приложение 1)

На партах лежат сравнительные таблицы, которые вы сейчас будете

заполнять. На эту работу дается 5-7 минут.

4.1 Работа над заполнением таблиц.

4.2 Работа с карточками. (Приложение 2)

Студенты

получают

карточки

с

заданием,

содержанием

которого

является окончание предложения, чтобы получить правильное утверждение,

на выполнение заданий отведено 5-7 минут.

5. Комментарий ответов, докладов и работ студентов

6. Лекция

6.1 Запись плана лекции:

1. Понятие идеального газа как физической идеализации.

2. Условия, при которых реальные газы можно считать идеальными.

3. Температура как термодинамический параметр идеального газа.

4. Температурные шкалы. Измерение температуры.

5.

Давление

газа.

Основное

уравнение

МКТ

идеального

газа.

Связь

давления с температурой.

6.2 Преподавание нового материала.

6.2.1

Собственно

лекция,

которую

преподаватель

проводит

с

использованием

мультимедийного

сопровождения.

Преподавание

нового

материала сопровождается эвристической беседой.

6.2.2 Выступления студентов с историческими сведениями.

6.2.3 Примеры решения задач.

Из трех агрегатных состояний, в которых может находиться вещество,

наиболее простым для изучения является газообразный. Поэтому изучение

свойств веществ мы начинаем именно со свойств газов. У разреженного газа

расстояние между молекулами во много раз превышает их размеры. В этом

случае

взаимодействие

между

молекулами

очень

мало,

и

кинетическая

энергия движения молекул намного превышает потенциальную энергию их

взаимодействия.

Молекулы

газа

можно

рассматривать

как

маленькие

твердые

шарики.

Вместо

реального

газа

мы

будем

рассматривать

его

физическую модель, пренебрегая сложными силами взаимодействия между

молекулами

и

облегчая

тем

самым

изучение

свойств

газов.

Эта

модель

называется идеальным газом.

Идеальный газ-это газ, взаимодействием между молекулами в котором

можно пренебречь.

Газ можно считать идеальным, если:

1.

отсутствуют

силы

межмолекулярного

взаимодействия,

то

есть

молекулы не притягиваются и не отталкиваются;

2. взаимодействие между молекулами происходит только во время их

ударения и является упругим;

3. молекулы газа не имеют объема и считаются материальными точками.

Следует помнить, что в физической модели принимают во внимание те

свойства

реальной

системы,

учет

которых

необходимо

для

объяснения

поведения исследуемой системы.

Газами,

свойства

которых

близки

к

свойствам

идеального

газа,

являются реальные газы, находящиеся под низким давлением или имеющие

высокую температуру. Например, воздух в нормальных условиях (10

5

Па и

0

0

С) можно считать идеальным газом.

Вопросы к группе:

1. Почему газы при высокой температуре можно считать идеальным?

(Чем выше температура газа, тем больше из-за теплового движения молекул

расстояние между ними по сравнению с размерами, и, следовательно, газ

ближе к идеальному)

2. Почему при высоком давлении свойства реальных газов отличаются

от свойств идеального? (при высоком давлении молекулы газов размещаются

на расстояниях, которые примерно равны диаметрам самих молекул: при

этом их уже нельзя считать материальными точками, следовательно, такой

газ нельзя считать идеальным.)

Состояние газа описывают с помощью определенных величин, которые

называют параметрами состояния.

Различают:

1.

Микропараметры,

то

есть

характеристики

собственно

молекул,

-

размеры, массу, скорость, импульс, энергию;

2.

Макропараметры,

то

есть

параметры

газа

как

физического

тела

вообще, - температура, давление, объем.

Со словом "температура" вы знакомы с раннего детства. Но это понятие

не так просто как мы считаем и вряд ли можно найти другое физическое

понятие, определение которого

так резко расходилось бы с пониманием

этого слова.

Упражнение

«Ассоциативный

куст»

с

ключевым

словом

«ТЕМПЕРАТУРА».

Ассоциация

побуждает

к

свободному

и

открытому

мышлению

и

используется с целю рефлексии.

Для составления ассоциативного куста следует соблюдать следующие

правила:

1.

Записать

на

доске

ключевое

слово,

выделить

его

определенным

образом;

2. Записать слова или фразы, которые приходят на ум;

3. Ставить вопросительные знаки возле частей куста, в которых есть

неуверенность;

4. Заполнив "куст", указать проблемы или темы, для рассматривания

которых требуется дополнительная информация.

Нам

известно,

что

разные

тела

могут

иметь

разную

температуру.

Соответственно, температура характеризует внутреннее состояние тела. Если

осуществлять

контакт

двух

тел

с

разной

температурой,

то,

как

свидетельствует опыт, через некоторое время их температуры сравняются.

Большое количество опытов свидетельствует о том, что температуры тел,

находящихся

в

тепловом

контакте,

уравниваются,

то

есть

между

ними

установится тепловое равновесие.

Тепловое

равновесие

-

это

состояние,

при

котором

все

макроскопические параметры остаются сколько угодно долго неизменными.

Состояние

теплового

равновесия

определяется

для

изолированной

системы, то есть только для тел, которые взаимодействуют только друг с

другом и не взаимодействуют с другими телами. Следовательно, температура

характеризует

внутреннее

состояние

изолированной

системы

тел,

находящихся в состоянии теплового равновесия. (Выступление студентов с

историческими докладами, которые были подготовлены дома).

Вопросы к группе:

1. Кем был создан первый термометр? Когда?

2.

Особенности

шкалы

Фаренгейта.

Когда

она

была

предложена

Фаренгейту? Где ее используют?

3.

В

каких

странах

используется

шкала

Цельсия?

Когда

она

была

предложена Цельсием?

4. Где используется шкала Кельвина? Когда она была им предложена?

В физике в большинстве случаев пользуются, введенной английским

ученым Кельвином, абсолютной шкалой температур (1848г), которая имеет

две основные точки.

Первая основная точка - 0 К, или абсолютный ноль.

Физическое

содержание

абсолютного

нуля:

это

температура,

при

которой прекращается тепловое движение молекул.

При абсолютном нуле молекулы поступательно не двигаются, но их

колебательное и вращательное движения сохраняются. Тепловое движение

непрерывное и бесконечное. Соответственно абсолютный ноль температур

при

наличии

молекул

вещества

недостижим.

Он

возможен

только

при

условии отсутствия молекул, которых нет, например, в космосе при большом

удалении от звезд и планет.

Абсолютный

ноль

температур-это

самая

низкая

температурная

граница, верхней не существует.

Вторая основная точка на абсолютной шкале температур-это точка, в

который

вода

существует

в

трех

состояниях

(твердом,

жидком

и

газообразном) она названа тройной точкой. (слайд)

В быту для измерения температуры используют вторую температурную

шкалу-шкалу Цельсия, названную в честь шведского астронома и введенную

им в 1742 г. на шкале Цельсия есть две основные точки: 0 0С (точка, в

который тает лед) и 100

0

С (точка, в который вода кипит). Температура,

определяемая по шкале Цельсия, обозначается t. Шкала Цельсия имеет как

положительные, так и отрицательные значения.

Т К=

𝓽

0

С+273

0 К= 273

0

С

0

0

С= 273 К

Цена деления по шкале Кельвина такая же, как и по шкале Цельсия:

∆ =

Т

Т

𝟐

−

Т

𝟏

= (

𝓽

𝟐

0

+ 273) – (

𝓽

𝟏

0

+273)=

𝓽

𝟐

0

-

𝓽

𝟏

0

=

∆

𝓽

0

.

То есть изменение температуры по шкале Кельвина равно изменению

температуры по шкале Цельсия.

℃

К

℉

Кипение воды 100 373 212

Таянье льда 0 273 32

-273 0 -459

Цельсия Кельвина Фаренгейта

(в Европе) (в науке) (в США)

Т=(

℃

𝓉

+ 273)

К

𝓉

𝔽

=(32+

℃

𝓉

5

× 9)

℉

Температура измеряется с помощью термометров, действие которых

основано на явлении термодинамического равновесия. То есть термометр –

это

прибор

для

измерения

температуры

посредством

контакта

с

исследованным

телом.

В

ходе

изготовления

термометров

разного

типа

учитываются зависимость от температуры различных физических явлений:

теплового

расширения,

электрических

и

магнитных

явлений

и

тому

подобное.

Различают

следующие

виды

термометров:

жидкостные,

термопары,

газовые, термометры сопротивления.

Проанализируем, от чего зависит давление газа на стенки сосуда.

1)

Давление газа зависит от концентрации молекул.

Вопрос к группе: почему?

Чем

больше

концентрация

молекул,

тем

чаще

молекулы

будут

сталкиваться

со

стенками

сосуда

и,

соответственно,

тем

большим

будет

давление, поэтому p~n.

2) Давление газа тем выше, чем больше кинетическая энергия движения

молекул.

Вопрос к группе: почему?

Чем больше кинетическая энергия молекул, тем большую энергию они

отдают стенкам во время столкновения, тем выше давление газа, поэтому

p~(mv

2

)/2, где v - средняя скорость движения молекул, а m - масса молекулы

Объединив полученные соотношения, получим формулу:

𝕡

=

2

3

𝕟

𝕞𝓋

2

2

это

уравнение называется

основным

уравнением МКТ идеального

газа.

Связь давления с температурой определяется формулой p = nkT. Где k =

1,38

*

10

-23

Дж/К

–

это

коэффициент

пропорциональности,

названный

постоянной Больцмана (в честь австралийского физика л. Больцмана).

Постоянная

Больцмана

связывает

температуру

в

энергетических

единицах с температурой в термодинамических единицах и является одной

из самых важных устойчивых величин в МКТ.

Решение

задач.

Преподаватель

решает

задачу

у

доски

в

качестве

примера.

Пример №1.Определите кинетическую энергию хаотического движения

всех молекул любого газа в баллоне емкостью 10 л при давлении 0,4 МПа.

Дано: СИ Решение

V = 10 л 10

-2

м

3

р =

2

3

n

𝓂𝓋

2

2

,

р = 0,4 МПа 4*10

5

Па р =

2

3

𝑁

𝑉

𝓂𝓋

2

2

,

Е

к

- ? Е

к

= N m

𝓋

2

/ 2,

=

р

𝑉

2

3

Е

к

, Е

к

=

3

2

р V ,

[

Е

к

]

= Па * м

2

= Н/м

2

* м

3

= Н*м = Дж; Е

к

=6*10

3

Дж

Ответ: Е

к

= 6*10

3

Дж.

7. Закрепление знаний студентов

7.1 Работа в группах. Решение задач на скорость.

Студентам предложены задачи (раздаточный материал (Приложение 3).

Студенты, работающие в парах (как сидят за партой, по 2,Если появились

трудности, то можно спросить у консультантов, которые проработали задачи

такого

типа

раньше

на

консультационных

занятиях),

должны

решить

3

задачи, соблюдая следующие правила: 1) все решают первую задачу; кто

выполняет

эту задачу

первым,

объясняет

задачу

у доски;

2)

следующие

задачи решают при таких же условиях, но один и тот же студент может

объяснить еще одну задачу, если за время, выделенное на одну задачу, решит

две задачи; оценку получает каждый, за решенную задачу: правильно – «5»;

объяснял две задачи – «4»; исправил ошибки и дополнял – на рассмотрение

преподавателя.

7.2

Проверка

самостоятельной

работы

групп.

Подводим

итоги

самостоятельной работы.

8. Комментарий работы студентов

Выставление оценок.

9. Итог занятия

- Что нового, да интересного вы узнали на этом занятии?

- Где, конкретно, вам понадобятся знания и умения по изученной теме?

10. Домашнее задание

1. Опорный конспект.

2. п. 41-43, 45.

3. Охарактеризовать медицинский термометр как физический прибор.

(Приложение 4)

Приложение 1.

Ф.И________________________________________группа________________

Заполнить сравнительную таблицу. (5 мин.)

Сравнение свойств газов, жидкостей и твердых тел.

Вопросы

Газ

Жидкость

Твердое тело

1.С чего состоит

вещество

2. Какое движение

присуще частицам

3.Свойства вещества

4.Характеристика объёма.

5.Характеристика формы

6.

Скорость протекания

диффузии

7.Силы взаимодействия

молекул.

8.Какие законы

выполняются в этом

веществе.

Приложение 2

Ф.И.____________________________________________группа____________

Закончит предложение так, чтобы получить правильное утверждение.

1. Отношение массы к молекуле 1 ⁄ 12 части массы атома углерода – это

_____________________________________________________ (0.5 б)

2.

Количество

вещества,

которое

содержит

столько

же

молекул

и

атомов, сколько их содержится в 12 г карбона, называется _________ (0.5 б)

3. Физическое содержание молярной массы: молярная масса-это масса

одного

моля

________________________________________________________(0.5 б)

4.

Физическое

содержание

постоянной

Авогадро:

число

Авогадро

показывает,

что

в

одном

моле

вещества

любого

вещества

содержится

_______________________________________________________(0.5 б)

Запишите формулу:

1. Молярной массы _________________________________________(1 б)

2. Объема 1 моля вещества _________________________________(1 б)

3.

Массы

молекул

(три

формулы)

______________________________________________________(1 б)

4. Количества молекул в веществе (три формулы)

__________________________________________________(1б)

Приложение 3.

Решение задач.

Задача 1.Определите давление, при котором 1м

3

газа с температурой

600 содержит 2,4 *10

26

молекул.

Задача 2. Какое давление оказывает на стенки сосуда идеальный газ с

концентрацией 2*10

20

м

-3

, если средняя квадратичная скорость движения

молекул 2 км/с, а масса молекулы составляет 3 * 10

-27

кг?

Задача

3.

Определите

плотность

кислорода,

который

содержится

в

баллоне объемом 10 л под давлением 10

5

Па и имеет температуру 17

0

С.

Приложение 4.

Домашнее задание.

Характеристика физического прибора, устройства, машины, механизма.

1.Назначение.

2. Строение.

3. Принцип действия.

4. Сфера применения.

5. Преимущества и недостатки.