Давление газа — план урока физики для 7 класса

Делимся с учителями планом урока по физике «Давление газа» для учеников 7 класса.

Цель урока:

1. изучить давление газа, раскрыть его природу;
2. выяснить физическую природу давления газа, причины его возникновения;
3. сформировать умения применять положения МКТ для объяснения давления газа в различных ситуациях.

Содержание:

• Вступление урока
• Эксперименты
• Задачи
• Лайфхак для любознательных
• Примеры из повседневной жизни
• Выводы

Вступление урока

Все тела состоят из молекул и атомов. Твердые и жидкие тела мы можем потрогать, а как проверить, что газы тоже состоят из молекул? Например, их можно понюхать. Если побрызгать духами в одной части комнаты, то запах очень быстро распространится по всей комнате.

А чему равна скорость движения молекул воздуха?

Во время грозы мы сначала видим вспышку молнии, а через некоторое время слышим гром. То есть звук распространяется в воздухе медленнее света. Чтобы рассчитать, на каком расстоянии от нас ударила молния, нужно умножить количество секунд, прошедших с момента вспышки молнии до раската грома, на 300. Мы получим расстояние в метрах — это приблизительная скорость распространения звука в воздухе.

А теперь, давайте найдем ответ на следующий вопрос: почему газ занимает весь предоставленный ему объем?

Представим себе сосуд с расстоянием между его стенками, равным одному метру. Запустим в этот сосуд одну молекулу воздуха, которая летает со скоростью 300 метров в секунду. Эта молекула всего за одну секунду ударится о стенки сосуда приблизительно 300 раз. 

Таким образом газ занимает весь предоставленный ему объем. Теперь нужно выяснить, от чего зависит давление газа.

• Чем больше молекул будет в сосуде, тем больше произойдет ударов этих молекул о стенки сосуда. Таким образом, давление газа тем больше, чем больше масса газа в сосуде.

• Если увеличить температуру газа, то увеличится и средняя скорость движения молекул газа. С повышением средней скорости движения:

1. молекулы чаще ударяются о стенки;
2. удары молекул о стенки становятся сильнее.

Следовательно, чем выше температура газа, тем больше давление.

• При уменьшении объема сосуда и, как следствие, объема газа, увеличивается число молекул в единице объема. То есть, увеличивается плотность газа и возрастает число ударов молекул по поверхности сосуда. Поэтому с уменьшением объема давление газа увеличивается.

Многочисленные эксперименты подтверждают эти выводы. Выберем несколько простых из них и проведем в домашних условиях.

Вам могут быть интересны и другие наши статьи по физике:

Эксперименты

Два опыта с воздушным шариком и холодильником

Оборудование:

• два небольших воздушных шарика;
• холодильник с морозильной камерой.

Ход эксперимента:

1. Надуйте слегка один из воздушных шариков и завяжите его, а второй оставьте ненадутым.
2. Теперь положите оба шарика в морозильную камеру холодильника.
3. Подождите 10 минут.
4. Откройте холодильник, быстро достаньте ненадутый шарик и завяжите его. Теперь положите этот шарик в теплое место и продолжайте наблюдать за ним.
5. Достаньте завязанный шарик из морозильной камеры и убедитесь в том, что его объем значительно уменьшился.

Объяснение:

Незавязанный шарик, находясь в морозильной камере холодильника, вобрал в себя некоторое количество холодного воздуха. После того как этот воздух был закрыт в шарике, а потом помещен в теплое место, его температура стала расти, скорость движения молекул воздуха выросла, что привело к увеличению давления и объема шарика.

Молекулы воздуха в завязанном шарике, попавшие в морозильную камеру, быстро остыли. Скорость движения остывших молекул упала, в результате они стали оказывать меньшее давление на стенки шарика — его объем уменьшился.

Опыт с жестяной банкой и кипятком

Оборудование:

• жестяная банка или небольшая пластиковая бутылка;
• кипяток для жестяной банки или горячая вода для пластиковой бутылки;
• большая кастрюля, в которой полностью уместится банка или бутылка;
• большое количество холодной воды.

Ход эксперимента:

(для жестяной банки)

1. Налейте в банку кипяток и сразу вылейте его.
2. Закройте плотно жестяную банку каким-нибудь предметом (кусок пластилина, карандаш, пробка из бумаги, свернутая в трубочку) и опустите в большую емкость.
3. Быстро налейте в большую емкость холодную воду, поливая ею горячую банку.

(для пластиковой бутылки) 

1. Налейте в бутылку горячую воду (не допустите того, чтобы тара расплавилась) и сразу вылейте ее.
2. Закройте пластиковую бутылку крышкой и положите ее в большую емкость.
3. Быстро налейте в большую емкость холодную воду, поливая ею пластиковую бутылку.

Объяснение:

Горячие молекулы воздуха, оказавшиеся в замкнутом пространстве банки или бутылки, были быстро охлаждены, скорость их движения и, как следствие, давление воздуха внутри сосуда резко снизилось. В результате уменьшился и объем газа в банке или бутылке.

Эти опыты также подтверждают наше утверждение о том, что давление газа на стенки сосуда обусловлено ударами молекул газа о стенки сосуда.

Задачи

С этими ситуациями можно столкнуться в повседневной жизни.

Задача 1. Чем заполнена открытая пустая бутылка из-под молока?

Задача 2. Возьмите обычный одноразовый медицинский шприц без иголки и, выдвинув наполовину поршень, заткните шприц. Теперь в шприце под поршнем находится воздух. Оказывает ли воздух в шприце давление на стенки цилиндра? На его дно? На поршень?

Задача 3. Из воздушного шарика выпустили половину газа. Как изменилось давление газа в баллоне? Объясните почему.

Задача 4. Почему давление в камере велосипедного колеса быстро падает, если камеру случайно проколоть гвоздем?

Задача 5. Справа и слева от поршня в закрытом цилиндре находится воздух, температура которого поддерживается постоянной и одинаковой; масса слева больше, чем справа. Сначала поршень удерживают в середине цилиндра. Что произойдет, если поршень отпустить? Почему?

Задача 6. Массы газа в двух одинаковых закрытых сосудах равны. Один из этих сосудов находится в теплом помещении, а другой — в холодном. В каком из сосудов давление газа больше? Почему?

Задача 7. Почему мяч, вынесенный из комнаты на улицу зимой, становится слабо надутым?

Задача 8. Справа и слева от поршня в закрытом цилиндре находится воздух одинаковой массы и температуры. Поршень немного сместили вправо и отпустили. Что будет происходить? Почему?

Задача 9. Воздушный резиновый шарик купили зимой на улице и принесли домой. Что может произойти с надутым шариком в теплом помещении? Почему?

Задача 10. Поршень стали вдвигать в цилиндр (шприц из задачи 1). Увеличивается ли давление газа только на дно цилиндра? Меняется ли при этом давление на стенки цилиндра? А на поршень?

Вам могут быть интересны и эти материалы:

Лайфхак для любознательных

Давление, объем и температура — физические величины, тесно связанные в следующем соотношении:

Поиграем в одну игру с этой формулой:

Величину, которую посчитаем постоянной, обведем рамкой, а две остальные величины будем уменьшать и увеличивать так, чтобы дробь не изменялась. Рядом с увеличиваемой величиной нарисуем стрелку, направленную вверх, а рядом с уменьшаемой величиной — стрелку, направленную вниз.

При постоянной температуре, при увеличении давления газа будет уменьшаться его объем.

Примеры из повседневной жизни

Мыльный пузырь, опускающийся на землю из окна с высокого этажа здания, постепенно уменьшается в объеме, так как давление, оказываемое атмосферой на пузырь, увеличивается по мере его падения.

Возьмите воздушный шарик и сожмите его. По мере увеличения давления на шарик его объем будет уменьшаться. 

В этом можно убедиться следующим образом: измерьте объем воздушного шарика, например, методом его погружения в воду, возьмите коробку, объем которой будет немного меньше объема шарика. Теперь впихните шарик в коробку. Вы почувствуете значительное сопротивление со стороны давления внутри шарика и убедитесь, что давление внутри шарика увеличилось.

И наоборот: при уменьшении давления газа будет увеличиваться его объем.

Возьмите герметично закрытый пакет чипсов и поднимитесь на подъемнике в горы на высоту 2500 метров. Теперь посмотрите на пакет чипсов. Вы будете удивлены, но пакет чипсов превратится в туго накаченный мячик с чипсами. Это происходит из-за того, что давление снаружи пакета снизилось и, как следствие, увеличился объем воздуха внутри пакета. Давление же внутри пакета и снаружи одинаково, иначе пакет бы лопнул или сплющился.

Выводы

• Выяснили причину возникновения давления газа и его природу. 
• Научились объяснять с точки зрения молекулярно-кинетической теории явления, наблюдаемые в повседневной жизни. 
• Провели много интересных опытов и объяснили их.