Урок. Температура и тепловое равновесие. Определение температуры

Тема урока: Температура и тепловое равновесие. Определение температуры.
Тип урока: Изучения нового материала.
Цели:
Образовательные: сформировать понятие о макроскопических параметрах; познакомить учащихся с понятием теплового равновесия; сформировать понятие о температуре; познакомить учащихся с устройством термометра.Развивающие: развитие памяти, логического мышления, умения анализировать, сравнивать, обобщать, самостоятельно делать выводы.
Воспитательные: воспитывать аккуратность и точность при выполнении упражнений, самостоятельность и самоконтроль; формирование культуры учебного труда; продолжить формирование познавательного интереса к предмету.
Тема предыдущего урока: Самостоятельная работа (Основы молекулярно-кинетической теории)
Тема следующего урока: Абсолютная температура. Температура - мера средней кинетической энергии молекул.
Структура урока:
АЗ.
Организационный момент (1 мин).
АЗ по теме (6 мин).
Постановка целей и задач на следующий этап урока (1 мин).
ФНЗ и СД.
Объяснение нового материала. (30 мин).
Постановка домашнего задания(1мин).
Подведение итогов урока(1мин).
Ход урока:
I.АЗ
1.Организационный момент.
Проходим на свои места. Здравствуйте, садитесь! Отсутствующие есть? (отметить отсутствующих, если есть)
2. АЗ по теме.
На прошлых уроках вы познакомились с основами молекулярно-кинетической теории. Давайте повторим пройденный ранее материал.
Какие утверждения лежат в основе МКТ строения вещества? ( вещество состоит из частиц; эти частицы беспорядочно движутся; частицы взаимодействуют друг с другом)
Чему равно количество вещества? (ν=N/NA или m/M )По какой формуле рассчитывается молярная масса вещества? (M=m0NA , m0- масса молекулы)
Чем отличаются газы, жидкости, твердые тела друг от друга? ( Газы могут неограниченно расширятся, не сохраняют ни формы , ни объема. Жидкости текучи, не сохраняют своей формы, принимают форму сосуда. Твердые тела сохраняют не только объем, но и форму)Что такое идеальный газ? ( Ид.газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало)
Запишите на доске основное уравнение МКТ и объясните какие величины входят в уравнение. ( p=m0nv2/3 или p=2nE/3 )
3.Постановка целей и задач на следующий этап.
Сегодня мы переходим к изучению новой главы, из неё вы узнаете некоторые новые знания о физической величине, с которой сталкиваетесь практически ежедневно, то есть о температуре.
Открываем тетради, подписываем тему урока «Температура. Определение температуры»
II.ФНЗ и СД.1. Объяснение нового материала.
Для описания процессов в газах и других макроскопических телах нет необходимости постоянно обращаться к МКТ. Поведение макроскопических тел (газов) можно охарактеризовать немногим числом физических величин, относящихся не к отдельным молекулам, слагающим тела, а ко всем молекулам в целом. К числу таких параметров относятся объем V, давление P, температура T и другие. Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета строения тел называют макроскопическими параметрами. ( в тетради записывают какие параметры относятся к макроскопическим и как они обозначаются). Сегодня на уроке мы подробнее рассмотрим такой параметр как температура. Температура характеризует внутреннее состояние тела. Все вы знаете различие между холодными и горячими телами. Как мы определяем и различаем холодные, горячие, теплые тела между собой?? ( на ощупь мы определяем какое тело нагрето сильнее, и говорим что это тело имеет более высокую температуру) Каким образом мы можем измерить температуру воды или какой-либо другой жидкости? ( с помощью термометра, градусника) Температура характеризует степень нагретости тела.( записываем в тетради)
Ребята, а что необходимо сделать чтобы измерить температуру человеческого тела??( нужно подержать медицинский термометр под мышкой 5-8 мин, за это время ртуть в термометре нагревается и уровень её повышается, по длине столбика ртути можно определить температуру)
Молодцы, тоже самое происходит когда мы измеряем термометром температуру какого-либо другого тела. Как вы думаете , а может ли термометр показать сразу температуру тела? Допустим через 30 сек? ( каждый отвечающий объясняет совой ответ)
Правильно термометр никогда не покажет температуру тела сразу после того, как он соприкоснулся с ним. Необходимо некоторое время для того чтобы температуры тела и термометра выровнялись и между телами установилось тепловое равновесие, при котором температура перестает изменяться.
Тепловым равновесием называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными (записывают в тетради определение) Это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел.
Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел6 все тела системы, находящиеся друг ч другом в тепловом равновесии, имеют одну и туже температуру (записывают в тетради).
Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т.д.
На практике, чаще всего используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от температуры. При градуировке термометра обычно за начало отсчета (0) принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой (100) считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия). Шкалу между точками 0 и 100 делят на 100 равных частей, называемых градусами. Перемещение столбика ртути на одно деление соответствует изменению температуры на 1 oC.
Различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, поэтому установленная таким образом шкала будет до некоторой степени зависеть от свойств данной жидкости. 0 и 100 oC будут совпадать у всех термометров, но 50 oC совпадать не будут.
Было замечено, что в отличии от жидкостей все разряженные газы – водород, гелий, кислород – расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют своё давление при изменении температуры. По этой причине в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определенного количества разряженного газа при постоянном объеме или изменении объема газа при постоянном давлении. Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур. При её установлении удается избавиться ещё от одного существенного недостатка шкалы Цельсия – произвольного выбора начала отсчета, то есть нулевой температуры. За начало отсчета вместо температуры таяния льда можно взять температуру кипения воды.
Сейчас мы с вами рассмотрим, как можно использовать разряженные газы для определения температуры.
Всем вам уже известно, что чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура тела.
Согласно основному уравнению МКТ давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул: p=2nE/3. При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура.Можно предположить что при тепловом равновесии именно средние кинетические энергии молекул всех газов одинаковы. Это пока только предположение. Его необходимо подтвердить экспериментально. Практически такую проверку произвести невозможно, так как измерить среднюю кинетическую энергию молекул очень трудно. С помощью основного уравнения МКТ её можно выразить через макроскопические параметры.
PV/N=2E/3
Давление и объем газа измеряются непосредственно. Число молекул можно определить зная массу газа m, постоянную Авогадро и молярную массу М. Согласно формуле N=mNA/M/
Если кинетическая энергия действительно одна и та же величина для всех газов в состоянии теплового равновесия, то величина PV/N должна быть тоже одинакова для всех газов. Только опыт может подтвердить или опровергнуть данное предположение.
Опыт можно осуществить следующим образом. Возьмем три сосуда, заполненные различными газами 9 водородом, гелием, кислородом). Сосуды имеют определенный объем и снабжены манометром. Это позволяет измерить давление в каждом сосуде. Массы газов известны, известно и число молекул в каждом сосуде.
Приведем газы в состояние теплового равновесия. (что это означает? Будут ли какие-то параметры неизменными?) Для этого поместим их в тающий лед и подождем пока не установиться равновесие и давление газов перестанет меняться. После этого можно утверждать, что все газы имеют одинаковую температуру 0 oC. Давление газов P, их объемы V и число молекул N различны. Найдем отношение PV/N для водорода.
Можно вызвать к доске ученика и попросить его посчитать это отношение, заранее записав значение N,P,V.
Для водорода: 1 моль водорода занимает объем 0,1 м3 при температуре 0 oC давление оказывается равным 2,265*104 Па
В результате получим для водорода: PV/N=3,76*10-21Д ж
Для других двух газов это отношение будет таким же, обозначим это отношение через θ0. PV/N(для Н2) = PV/N(для Не)= PV/N (для О2) = θ0. Наше предположение оказалось верным.
Правда это соотношение не является абсолютно точным, оно выполняется только для достаточно разряженных газов, когда их можно считать идеальными.
Если мы поместим сосуды в кипящую воду, то соотношение PV/N= θ100 =5,14*10-21Д ж по прежнему будет одинаковым для всех газов, но больше предыдущего.
О чем мы можем утверждать? Как измениться значение θ с повышением температуры? (увеличиться). Так же эта величина зависит только от температуры.
Можно было бы считать температурой и саму величину θ и измерять температуру в Дж, но это неудобно для практического использования (100 oC соответствовала бы очень маленькая величина порядка 10-21) , а также уже давно принято выражать температуру в градусах.
2.Подведение итогов урока.
Сегодня на уроке вы узнали достаточно много нового о таком макроскопическом параметре как температура. Далее мы продолжим изучать температуру.
Что же характеризуем температура?
Что называется тепловым равновесием?
В каких единицах может измеряться температура?
Каким образом происходит градуировка термометра?
3.Открываем дневники, записываем домашнее задание. §66-67
Всем спасибо за урок, все очень хорошо поработали. Все свободны.
( наиболее активным учащимся, помогающим учителю, выставляются оценки)