Конспект урока на тему "Газовые законы и их применение"

ИНТЕГРИРОВАННОЕ ЗАНЯТИЕ ПО ФИЗИКЕ

Учитель физики Бахчисарайской ОШ № 4, Республика Крым:     Марынич Н.Н.

Тип занятия: комбинированный

Тема : Газовые законы  и их применение.

Цель :  Закрепить и обобщить знания и умения, полученные учащимися.

Задачи:

Образовательные:

показать применение газовых законов с помощью эксперимента,

показать роль газовых законов в жизни человека, 

научить выдвигать гипотезу, проверять ее опытным путем, делать выводы 

продолжать формирование интеллектуального потенциала. 

Воспитательные: 

продолжить воспитание личностных качеств: самостоятельности, ответственности, толерантности;

формирование взаимопомощи, доброжелательного отношения друг к другу, развивать культуру общения и культуру ответа на вопросы;

умение выслушать других при работе в классе, в группах;

формировать навыки безопасной работы; 

привить бережное отношение к своему здоровью. 

Развивающие: 

развивать приемы исследовательской работы, умения анализировать, делать выводы.

вырабатывать умения объяснять газовые законы на основе положений МКТ;

описывать состояние и изопроцессы идеального газа. 

Метод: 

групповая (парная) исследовательская деятельность с применением ИКТ

Средства: 

проектор, интерактивная доска,  манометр Бурдона, тонометры, насос, шприц, таблицы, игрушка «Тёщин язык», самодельный прибор.

 Ход урока

1. Организационный момент.

Ребята мы с вами на прошлых занятиях изучили газовые законы

 - Какие, давайте вместе вспомним…

 А сегодня на занятии закрепим и обобщим ваши знания и посмотрим на  примерах,   где применяются газовые законы. Занятие наше интегрированное – мы будем использовать знания биологии и физики. Итак, тема сегодняшнего занятия……запишите в своих конспектах.

2. Актуализация по теме  Проверка знаний: 

 Проверяются знания  учащимися газовых законов.

а) 4 человека выполняют опорный конспект на доске по материалу об изопроцессах ;   

б) ИГРА «ДОМИНО»

(Учащиеся отвечают у доски, остальные внимательно слушают, исправляют и дополняют)

1.Что такое изотермический процесс?

Газовый процесс при постоянной температуре

2. Что такое изопроцесс?

Газовый процесс, проходящий при одном неизменном параметре газа

3. Что такое газовый закон?

Количественная зависимость между двумя параметрами газа при одном неизменном параметре

4.Как называется газовый закон , где рассматривается количественная зависимость между

   давлением и объемом при постоянной температуре?

Закон Бойля-Мариотта

5.Если объем увеличивается, что будет с давлением при изотермическом процессе?

Давление уменьшится

6. Что такое диффузия?

Явление проникновения частиц одного вещества в промежутки между частицами другого вещества

7.В каких веществах явление диффузии происходит быстрее?(газ, твердое тело, жидкость)

В газах

8. Как называется газовый закон, где рассматривается количественная зависимость между объемом и температурой при постоянном давлении?

Закон Гей-Люссака

 9.Сформулируйте закон Шарля

Для данной массы газа отношение давления газа к его температуре остается постоянным, если объем газа не меняется.

10.Изопроцесс при постоянном объеме  называется ….

Изохорный

11. График изо процесса при постоянной температуре называется…..

 Изотерма

12.Перечислите термодинамические параметры газа.   

Давление, температура, объем

 13.Какое уравнение связывает все термодинамические параметры газа?

 Уравнение Менделеева - Клайперона  

 3. Изучение нового материала. 

Учитель:  Итак, повторим еще раз –

               Что такое изотермический процесс? О чем говорит з-н Бойля – Мариотта?

                  Мы сегодня более подробно познакомимся с применением закона Бойля-Мариотта  (презентация № 1)

                Где его применяют?  Одно из проявлений закона Бойля – Мариотта  мы сегодня с вами рассмотрим на занятии, но для этого надо разгадать кроссворд…   (презентация № 2)

Учитель: Итак, мы выяснили, что одно из своеобразных проявлений закона Бойля — это наше дыхание. Поэтому большое значение для человека имеет терморегуляция организма. 

Что же это такое?

(Отдельные учащиеся на предыдущих занятиях  получили опережающие задания)

Учащийся: Терморегуляция, т. е. поддержание постоянной температуры ядра тела, определяется двумя основными процессами: продукцией тепла и теплоотдачей. Продукция тепла (термогенез) зависит, в первую очередь, от интенсивности обменных процессов, тогда как теплоотдача определяется теплоизоляцией и целым комплексом довольно сложно организованных физиологических механизмов, включающих сосудодвигательные реакции, активность внешнего дыхания и потоотделения. В связи с этим термогенез относят к механизмам химической терморегуляции, а способы изменения теплоотдачи — к механизмам физической терморегуляции. С возрастом меняются как те, так и другие механизмы, а также их значимость в поддержании стабильной температуры тела.



Учитель: Благодаря терморегуляции и проявлению газовых законов, осуществляется обмен газов в легких. Как это происходит?



Рис.1Учащийся: Легкие представляют собой герметичные мешки, соединенные с трахеей с помощью крупных воздухоносных путей — бронхов. Атмосферный воздух через носовую и ротовую полость проникает в гортань и далее в трахею, после чего разделяется на два потока, один из которых идет к правому легкому, другой к левому (рис.1). 

















Трахея и бронхи состоят из соединительной ткани и каркаса из хрящевых колец, которые не позволяют этим трубкам перегибаться и перекрывать воздухоносные пути при различных изменениях положения тела. Войдя в легкие, бронхи разделяются на множество ответвлений, каждое из которых вновь делится, образуя так называемое «бронхиальное дерево». Самые тонкие веточки этого «дерева» называются бронхиолами, и на их концах располагаются легочные пузырьки, или альвеолы Количество альвеол достигает 350 млн, а их общая площадь — 150 м2. Именно эта поверхность и представляет собой площадь для обмена газами между кровью и воздухом. Стенки альвеолы состоят из одного слоя эпителиальных клеток, к которому вплотную подходят тончайшие кровеносные капилляры, также состоящие из однослойного эпителия. Такая конструкция благодаря диффузии обеспечивает сравнительно легкое проникновение газов из альвеолярного воздуха в капиллярную кровь (кислород) и в обратном направлении (углекислый газ). Этот газообмен происходит в результате того, что создается градиент концентрации газов (рис.2).



Рис.2











Учитель:-  Как вы думаете, что может навредить работе наших лёгких?

-  Курение

Учитель  Как родители и учителя могут узнать, курят их дети или нет?

Ответ прост с точки зрения физики. Основной фактор - табачный запах, исходящий от курильщиков.

 Учитель  Почему мы чувствуем этот запах? 

Ответ на вопрос дает определение физического явления диффузии.

Учащийся: Диффузия – это самопроизвольное перемешивание веществ. При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого вещества, и вещества перемешиваются. Наиболее быстро этот процесс происходит в газах (именно поэтому так быстро распространяется запах в воздухе).

Опыт с марганцовкой

 - Почему?

Сообщение учащегося: (презентация № 3)

Табачный дым хорошо смешивается с воздухом и проникает всюду: в одежду, волосы, в помещении. Запах дыму придает никотин, являющийся одним из сильных растительных ядов, который действует не только на низших, но и на высших животных. 

Несколько факторов: 

если пиявка присосется к коже страстного курильщика, она тотчас отвалится и в судорогах умрет от отравления;

если в помещении много табачного дыма, в аквариумах с искусственным продуванием воздуха наблюдались случаи отравления рыбок, виновник – никотин;

ядовитые свойства никотина используются в сельском хозяйстве: он один из главных компонентов многих препаратов для защиты растений от вредителей;

лабораторный анализ показал, что в 1 литре молока курящей матери содержится до 0,5 миллиграммов никотина;

смертельная же доза никотина для младенца первых месяцев жизни – 1 миллиграмм.

Опыт с легкими курильщика

 Для этого учащемуся выдается «курильщик», который делается заранее. Для его приготовления понадобятся пластиковая бутылка, сигарета, вата, спички, пластмассовая трубка. В крышке бутылки делается отверстие для трубки, в один конец трубки вставляется сигарета, в другой – ватный шарик. Дети поджигают сигарету и при помощи бутылки имитируют вдох и выдох с зажженной сигаретой. Спустя некоторое время участники рассматривают ватный шарик и делают вывод о том, что имеет курильщик в своих легких. Запах, который наполняет комнату, достаточно тяжелый, поэтому после окончания эксперимента нужно хорошо проветрить помещение. 

Учитель  Как влияет курение на организм человека, просмотрим видео и  сделаем для себя     Выводы…

Учитель: Вы знаете, что остановка дыхания или кровообращения влекут за собой смерть. Как  вы думаете почему?

Учащийся: Газообмен в легких происходит только в тех случаях, если воздух в альвеолах периодически в каждом дыхательном цикле обновляется, а через легочные капилляры непрерывно течет кровь. Именно по этой причине остановка дыхания,  как и остановка кровообращения в равной мере означают смерть.

Учитель: Какие физические законы и процессы лежат в основе дыхания?

Учитель: Как же осуществляется дыхание человека?



Рис.3Учащийся: Дыхание у человека и высших животных осуществляется практически полностью через легкие. Через кожу и пищеварительный тракт поглощается не более 1—1,5% получаемого организмом кислорода. Обновление воздуха в органах дыхания происходит в результате ритмической смены вдоха и выдоха. Часть поступающего в дыхательные пути воздуха не участвует в обмене. Это воздух «вредного пространства»— носоглотки, трахеи, бронхов и бронхиол. Объем его составляет 140—150 см3. Поступление воздуха в легкие (вдох) является результатом сокращения дыхательных мышц и увеличения объема легких (рис.3). 

















Выдох происходит вследствие расслабления дыхательных мышц. При этом ребра и грудина опускаются книзу, а более высокое, чем в грудной полости, внутрибрюшное давление смещает купол диафрагмы в сторону легких. При форсированном вдохе в работу вовлекаются мышцы верхней части туловища. Форсированному выдоху способствует сокращение мышц живота. 



Учитель: Продемонстрируйте, пожалуйста, с помощью  самодельного  

прибора,  наше дыхание, как одно из своеобразных проявлений закона Бойля-Мариотта и 

объясните, что можно сказать об изменении давления и объема газа, когда диафрагма 

оттягивается вниз и когда возвращается  в прежнее положение?

Учащийся: Когда мускулы, сокращаясь, тянут диафрагму вниз, объем  пространства, где помещаются легкие, увеличивается, отчего давление,  внутри становится меньше наружного. В результате воздух из пространства с большим давлением поступает в легкие, где  давление меньше. Обратное движение диафрагмы уменьшает объем легочного пространства и делает давление внутри легких большим наружного. Поэтому воздух и ненужные газы выходят  из легких. Таким образом «срабатывает» 

изотермический процесс (р1V1 = р2V2)             

 Учитель: вследствие действия на человеческий организм воздуха, который находится в                           различных полостях и пустотах тела  возникает «кессонная болезнь»?  

                          Что это такое? (видео)

Учащийся:  Это декомпрессионное заболевание, возникающее большей частью после кессонных и водолазных работ при нарушении правил декомпрессии (постепенного перехода от высокого или низкого к нормальному атмосферному давлению). Признаки: зуд, боли в суставах и мышцах, головокружение, расстройства речи, помрачение сознания, параличи. Это происходит вследствие действия на человеческий организм воздуха, находящегося в различных полостях и пустотах тела. Особенно заметно оно, когда человек поднимается на самолете или быстро взбирается на высокую гору. Поскольку при этом внешнее давление уменьшается, воздух, заключенный внутри полостей, стремится расшириться. Это иногда может привести к серьезным последствиям; но опасность можно уменьшить, набирая высоту постепенно. При быстром уменьшении высоты быстро изменяется давление.

Учитель:  При измерении давления жидкости и газа используют приборы, принцип действия которых  основан на атмосферном давлении и газовых законов? Какие это приборы?

Учащийся : Одним из простых приборов для измерения давления является манометр Бурдона. Главная составная часть его — изогнутая металлическая трубка. Жидкость или газ, производя давление изнутри трубки, выпрямляет ее.

Трубка Т, распрямляясь, приводит в движение систему зубчатых колес и рычагов, которые поворачивают стрелку N; чем больше давление, тем на больший угол повернется стрелка. Обычно манометр калибруется в кГ/см2. (презентация)

Учитель: Где применяются такие манометры? 

Учащийся: Такие манометры применяются при измерении давления воздуха, пара, газов и жидкостей. Например, для измерения давления в шинах автомобиля часто бывают манометры, типа Бурдона. 

Учитель: Что представляет собой насос? 

Учащийся: Насос, устройство для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) главным образом жидкости в результате сообщения ей энергии (кинетической или потенциальной). Различают динамические и объемные насосы. иногда насосами называют также устройства для сжатия и разряжения газов (например, вакуумные насосы и для перемещения различных материалов) потоком газа. 

     Учащийся  демонстрируют принцип действия, насоса, шприца

Медицинский шприц – это прибор для ввода жидких лекарственных средств внутрь человека или животного. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. Поршень шприца располагаем у его основания. Опускаем шприц в жидкое лекарственное средство. При перемещении поршня от основания шприца вверх жидкость поднимается за поршнем под действием избыточного атмосферного давления. При перемещении поршня к основанию шприца давление внутри шприца становится большим, чем вне его, и жидкость вытекает..



4. Закрепление изученного материала. 

1. Отвечают на вопросы:

Почему при надувании щек увеличивается давление и объем, ведь это противоречит закону Бойля-Мариотта? 

(В данной задаче  закон Бойля-Мариотта не применим,  т.к.  m ≠ const)

Объясните для чего, перед использованием медицинской банки внутрь ее вносят горящий, смоченный спиртом, ватный тампон? 

(В результате нагревания давление внутри банки увеличивается , а в приложенной к телу остывающей медицинской банке давлении воздуха становится меньше атмосферного и поэтому нагретая  медицинская банка «присасывается»  к телу. Согласно закону Шарля.) 

Опыт “Яйцо в бутылке”: В молочную бутылку опускают горящую ватку, предварительно смоченную в спирте. Сверху кладут очищенное, сваренное вкрутую яйцо. Яйцо проваливается в бутылку. 

Объяснение: при нагревании воздух в бутылке расширяется. Когда мы закрываем горлышко бутылки яйцом и горение прекращается, воздух начинает остывать. Его давление становится меньше атмосферного, и яйцо втягивается внутрь.

Почему при выливании воды из медицинской грелки не слышно такого «булькания», как при выливании воды из стеклянной бутылки? 

( По мере вытекания воды из стеклянной бутылки объём, находящегося над водой воздуха возрастает, согласно закону Бойля-Мариотта, давление уменьшается. Когда разность давлений снаружи и внутри становится достаточно большой,  некоторая «порция ) воздуха, т.е. воздушный пузырёк, прорывается внутрь бутылки, создавая характерное «булькание»,. Давление внутри бутылки при этом несколько возрастает. Через некоторое время  процесс повторяется. Если же стенки сосуда, из которого вытекает вода, не являются жёсткими, то по мере вытекания воды атмосферное давление сплющивает этот  сосуд. Давление внутри сосуда остаётся практически равным атмосферному и  «булькание» не возникает.)

Какая польза в зевании? (Зевота (глубокий затяжной вдох и короткий выдох при широко открытом рте) – это рефлекторный акт, являющийся признаком усталости или нехватки кислорода. Однако наряду с проявлением дискомфортного состояния  зевота выполняет и защитную функцию для организма. Во время зевания дыхательные пути расширяются, лицевые и челюстные мышцы расслабляются, после чего наступает короткая пауза, во время которой весь организм отдыхает. Следовательно, зевота помогает уставшему организму дольше находиться в состоянии бодрствования.)

5. Подведение итогов.

Сначала предлагается это сделать учащимся, а затем слово берёт учитель. 

Учитель: Любые состояния газа можно описать уравнением состояния: Клапейрона, либо Менделеева-Клапейрона. Эти уравнения содержат в себе как частные случаи газовые законы. Газовые законы имеют множество применений в медицине, быту, технике. 

Я приведу ещё  три:

 1. Пятницкий предложил домашние «туфли пылесос». Каждая туфля имеет между стелькой и подошвой меховую прокладку и пружину. Когда нога с туфлей не опирается на пол, между подошвой и стелькой образуется разрежение, и через отверстия подошвы в пространство устремляется воздух с пылью. В момент опоры на туфли пружины сжимаются, а набранный воздух и пыль перемещаются к каблуку-фильтру.

2.Изучение способности бобров плавать под водой помогает хирургам совершенствовать приёмы проведения операций на открытом сердце. Как только ноздри бобра оказываются в воде, усиливается приток крови к жизненно важным органам, которые наиболее страдают от кислородного истощения. Одновременно уменьшается частота биений сердца, чтобы сократить потребность в кислороде. Этот механизм выполняют нервные окончания в носу бобра. Подобными нервами располагает и нос человека. Некоторые хирурги - в случае учащения сердечного ритма во время операции на открытом сердце - погружают лицо больного в холодную воду на время, достаточное для нормализации ритма.

3.Люксембургская фирма MDI выпустила установочную серию гибридного автомобиля, работающего на сжатом воздухе. Запас в 90 м3 воздуха, сжатого в резервуаре под давлением  в 300 атмосфер, позволяет проехать 100 км, пропуская этот через четырёхцилиндровый пневматический двигатель. За городом, где экологическая обстановка не так напряжена, можно включить небольшой бензиновый двигатель, способный ещё и подкачивать воздух в резервуар. Кроме того, если пневматический автомобиль получит достаточно широкое распространение, воздушные компрессоры придётся поставить на бензоколонках. 

 6. Далее зачитываются оценки, поставленные за занятие.

 7. Задание на дом:  повторить пройденный материал;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

подготовиться к контрольной работе.



Литература

Изучение тепловых явлений в курсе физики средней школы. Н.М. Бергер.

Физический эксперимент это просто. Занимательные эксперименты с пластиковыми бутылками.Р.В. Даминов Казань 2002.

Обучающие программы “ Видеозадачник по физике” А.И. Фишман, А.И. Скворцов, Р.В. Даминов. Казанский Государственный Университет.

Э.М. Браверманн. Преподавание физики, развивающее ученика, М.: Ассоциация учителей физики, 2005.

 Диск “Открытая физика 1,1”. ООО “ФИЗИКОН”.