«Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта»

Демонстрационный физический эксперимент
Одно из ведущих мест в системе школьного физического эксперимента занимают демонстрации, которые проводит учитель, обычно при объяснении нового параграфа. Демонстрации предоставляют возможность обучающимся воспринимать изучаемые процессы и явления в натуральном виде или похожем на него. Познавательная деятельность учащихся при этом проявляется в процессе наблюдения за изучаемыми объектами. Проведение демонстрационного эксперимента наиболее доступно для всех школ, так как необходимо использование оборудования только в единичном экземпляре. Демонстрационный эксперимент позволяет относительно быстро, сделать понятными значимые, обобщения и имеет большое значение для показа обучающимся приёмов проведения самостоятельного опыта.


II.2. Тема урока: «Газовые законы. Закон Бойля-Мариотта»
На этапе изучения нового материала, предлагается использовать виртуальный демонстрационный эксперимент, который устанавливает зависимость между давлением и объемом при постоянной температуре. Ранее педагог использовал натуральный эксперимент и установку, представленную на рисунке №1, теперь заменим ее на виртуальную модель эксперимента (рис.2).


Рис. 1 Установка для демонстрации закона Бойля – Мариотта.


Рис.2. Виртуальная установка закона Бойля- Мариотта.
Данная модель эксперимента представляет собой рабочую установку (слева), систему координат для построения графика (справа) и строку численных показателей (снизу)[13].


Виртуальный демонстрационный эксперимент учитель выполняет в два этапа. На первом этапе фиксируются значения при уменьшении объема газа, на втором этапе фиксируются значения при увеличении объема. На первом этапе, чтобы показать зависимость давления от объема, необходимо мышью нажать на поршень и плавно опускать его вниз. Несколько раз медленно изменяем объем воздуха в цилиндре и наблюдаем за показаниями внизу модели. Числовые значения меняются, а справа на графике они отмечаются красной точкой (рис.3.а.б.в.г,д).Учащиеся полученные данные записывают в таблицу№1(рис.4).


а) б)


в) г)




д)
Рис3. Выполнение первого этапа виртуального эксперимента.


На следующем этапе, педагог медленно перемещает поршень вверх (рис.5.а.б.в.г.д), а учащиеся заносят полученные данные в таблицу№2 (рис.6).


а) б)




в) г)


д)
Рис.5 Выполнение второго этапа виртуального эксперимента.



При перемещении поршня, учащиеся видят, как перемещается красная точка справа на графике.
После выполнения серий опыта, нажимаем кнопку «построить график» и получаем зависимость (рис.7).




Рис.7.График зависимости давления от объема при постоянном количестве вещества и температуры.


Далее, совместно с обучающимися, на основе опыта делаем вывод: при уменьшении объема давление газа увеличивается, а при увеличении объема газа давление воздуха уменьшается. Произведение PV для любого состояния остается постоянным, при неизменной массе газа и постоянной температуре.


Этот закон был открыт английским ученым Р.Бойлем и несколько позже ученым Э.Мариоттом. Закон можно получить, используя уравнение состояния идеального газа.
Закон Бойля-Мариотта (на доске)
T = const, процесс изотермический (терма-Т)


Зависимость давления газа от объема при постоянной температуре графически изображают кривой, которую называют изотермой. Изотерма газа изображает обратную пропорциональность между давлением и объемом.
Кривую такого рода называют гиперболой (рис.9).

Рис. 9 График изотермического процесса в координатах PV

Различным постоянным температурам соответствуют различные изотермы. При повышении температуры газа давление согласно уравнению состояния (указанного в таблице) увеличивается, если V = const. Поэтому изотерма ,соответствующая более высокой температуре Т , лежит выше изотермы, соответствующей более низкой температуре Т (рис.9).
Достоинством данного виртуального эксперимента является то, что для более углубленного изучения изобарного процесса, в данной модели можно менять количество вещества в сосуде и температуру. И проводить любое количество измерений, результаты которых будут заключены н а графиках, например (рис.8.).
Рис.8.Пример проведения опыта с различными числовыми значениями температур количества вещества.