Интегрированный урок физики и информатики
«Исследование газовых законов»
Шарашова Т.Ф. – учитель физики
Кузнецова Л.А. – учитель информатики
Класс: 10
Вид урока: практическая работа с использованием компьютера
Цель: исследование зависимости макроскопических параметров
Задачи:
- повторить тему «Газовые законы»;
- исследовать изопроцессы;
- развивать творческую и познавательную деятельность учащихся;
- моделировать полученные данные в электронной таблице с использованием компьютера;
- построить графики изопроцессов.
Оборудование: термометр, линейка, прозрачная трубка с кранами, манометрическая трубка, сосуды с холодной и теплой водой.
Программное обеспечение: операционная система OS Windows XP, электронные таблицы MS Microsoft Excel из пакета Microsoft Office, программа по созданию презентаций Microsoft Power Point из пакета MS Office.
План урока физики.
1.Организационный момент.
2.Повторение изопроцессов. Заполнение таблицы ( см.приложение 1).
3.Инструктаж по технике безопасности.
4.Объяснение учителем хода лабораторной работы.
5.Выполнение учениками лабораторной работы.
6.Подведение итогов урока и переход в кабинет информатики.
Объяснения учителя:
У каждого ученика на парте находится листок с описанием лабораторной работы, на который вы будете записывать измерения и вычисления(см.приложение 2)
Цель работы формулируем вместе.
Оборудование ученики записывают самостоятельно.
Первая часть работы называется «Исследование изотермического процесса» .
В ходе этой части работы трубка опускается в стакан с водой комнатной температуры(верхний кран закрыт). Внутрь трубки поступает некоторое количество воды. Давление внутри трубки будет равно сумме давлений атмосферного ( измеряется барометром) и гидростатического давления воды. Температура воздуха внутри трубки осталась неизменной. Давление воздуха внутри трубки и его объем изменились. Проверяете равенство произведений : p1L1=p2L2.
Вторая часть работы называется «Исследование изохорного процесса»
В ходе этой части работы , воздух в манометрической трубке нагревают, опуская ее полностью в стакан с теплой водой ( нижний кран закрыт, верхний открыт). Воздух в трубке нагревается, расширяется. Через пару минут температура воздуха станет равна температуре воды, а давление равно атмосферному.
Затем трубку достаем из воды( верхний кран закрыт, нижний открыт) и прикрепляем к ней небольшую манометрическую трубку, конец которой опущен в холодную воду. По этой манометрической трубке начнет подниматься вода до тех пор, пока не наступит равенство атмосферного давления и суммы давлений воздуха внутри трубки и гидростатического давления воды, поднявшейся по трубке.
р1=р2+р, следовательно р2= р1-р
За счет присоединения небольшой трубки, можно считать, что воздух в основной трубке после охлаждения, не изменил объем. Его температура и давление изменились.
Проверяем равенство отношений р1/Т1=р2/Т2
Третья часть работы называется «Исследование изобарного процесса»
Воздух в трубке нагревают, помещая ее в теплую воду (верхний кран открыт, нижний закрыт). Затем воду сливают и заполняют стакан холодной водой. Вода заходит внутрь трубки, сжимая воздух и одновременно охлаждая его. Температура и объем воздуха изменяются, а давление остается постоянным.
Проверяем равенство отношений L1/T1=L2/T2
Приступаем к выполнению работы.
Итоги урока:
- повторили изопроцессы;
- выполнили измерения по трем частям лабораторной работы;
- все вычисления на уроке информатики с помощью электронных таблиц программы Excel
- с помощью той же программы построить графики изобарного и изохорного процесса.
Приложение 1
| Название процесса | изотермический | изохорный | изобарный |
| Постоянная величина | Т=соnst | V=const | р=const |
| Формула закона | p1V1=p2V2 | p1/T1=p2/T2 | V1/T1=V2/T2 |
| Название закона | Закон Бойля-Мариотта | Закон Шарля | Закон Гей-Люссака |
| график | 
| 
| 
|
| Название графика | изотерма | изохора | изобара |
Приложение 2
Фамилия ученика:____________________________________________
Лабораторная работа «Исследование газовых законов»
Цель работы:_______________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Оборудование:______________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Ход работы.
Часть 1: Исследование изотермического процесса.
1.Измерить длину воздушного столба в трубке (L1)
2.Измерить давление воздуха в классе по барометру (p1)
3.Закрыть один кран и поместить трубку в мерный цилиндр
4.Измерить длину столба воды, вошедшей в трубку (∆L)
5.Измерьте разность уровней воды в мерном цилиндре и в трубке (h)
6.Вычислите длину воздушного столба в трубке после сжатия воздуха (L2= L1-∆L)
7.Вычислите гидростатическое давление воды (р=ρgh)
8.Вычислите давление воздуха в трубке после сжатия (р2=р1+р, где р1- это атмосферное давление)
9.Вычислите произведение: р1L1=p2L2
10.Сделайте вывод о проделанной части работы.
| L1, м | р1, Па | ∆L, м | L2,м | h,м | р, Па | р2, Па | р1·L1 | р2·L2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:______________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Часть 2: Исследование изохорного процесса.
1.Определите температуру воздуха в классе (t2)
2.Уложите трубку в стакан
3.Заполните стакан теплой водой так, чтобы открытый кран оказался бы погруженным не более чем на 5-10 мм
4.После того, как пузырьки перестанут выходить, определите температуру воды (t1)
5.С помощью барометра определите давление (р1)
6.Закройте кран, извлеките трубку из стакана и поместите ее на штатив
7.Присоедините к крану узкую трубку, свободный конец которой погрузите в калориметр с небольшим количеством воды
8.Откройте кран и пронаблюдайте подъем воды в трубке
9.Измерьте разность уровней воды в трубке и стакане (h)
10.Вычислите давление водяного столба (р=ρgh)
11.Вычислите давление в трубке после охлаждения (р2=р1-р)
12.Переведите температуру в Кельвины
13.Вычислите соотношения: р1/T1 и р2/T2
14.Сделайте вывод о проделанной части работы
| t1,C | T1,K | p1,Па | t2,C | T2,K | h,м | р, Па | р2, Па | р1/T1 | p2/T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Часть 3: Исследование изобарного процесса
1.Измерьте длину воздушного столба в трубке (L1)
2.Закройте один кран и уложите трубку в стакан калориметра. Кран в верхнем конце трубки оставьте открытым.
3.Заполните стакан теплой водой и поместите в него термометр
4.Как только прекратиться выход пузырьков воздуха, определите и запишите показания термометра (t1)
5.Слейте теплую воду, закройте кран, заполните стакан холодной водой до прежнего уровня и снова откройте верхний кран
6.Подождите 2 минуты и запишите показания термометра (t2)
7.Слейте воду, закройте кран, извлеките трубку из стакана, встряхните ее и измерьте длину столба воды в трубке (∆L)
8.Вычислите длину столба охлажденного воздуха (L2=L1-∆L)
9.Переведите температуру в градусы Кельвина
10.Вычислите отношения:L1/T1 и L2/T2
11.Сделайте вывод о проделанной части работы
| L1,м | t1,C | T1,K | ∆L,м | L2,м | t2,C | T2,K | L1/T1 | L2/T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод:_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Дополнительные данные:
Плотность воды ρ=1000 кг/м3
Ускорение свободного падения g=9,8 м/с2
Площадь сечения трубки S=0,00002 м2
Контрольные вопросы:
1.Почему процесс сжатия воздуха в первой части работы можно считать изотермическим?
2.Почему охлаждение воздуха во второй части работы можно считать изохорным?
3.Почему процесс охлаждения воздуха в третьей части работы можно считать изобарным?
План урока информатики.
Организационный момент.
Повторение материала, необходимого для выполнения практической работы.
а). Выполнение работы по группам.
б). Отработка навыков в построении и анализе графиков изопроцессов. Практическая работа.
в). Отчёт о выполненной работе – создание формул и графики зависимости макроскопических параметров.
г). Сохранение документа по локальной сети на диск S:\, имя файла – фамилии учащихся.
4. Подведение итогов урока.
5 . Домашнее задание.
Организационный момент. Тема урока – на доске (слайд № 1 - презентация). Раздаточный материал для учащихся – на партах (см. приложение № 3).
Повторение материала. Многие процессы изменения состояния газов в природе и тепловых машинах происходят так, что один из трёх макроскопических параметров (V ,T, P) остаётся или специально поддерживается постоянным. Два других параметра при этом изменяются.
На сегодняшнем уроке мы займёмся обработкой данных эксперимента, проведённого вами на уроке физике (слайд № 2,3).
Для компьютерного эксперимента воспользуемся средой электронной таблицы, программой MS Excel из офисного пакета.
Повторение. Основной назначение электронной таблицы? – автоматизация расчётов в табличной форме.
Какие данные можно заносить в ячейки электронной таблицы? – числа, даты, формулы, текст.
А ещё в этой программе мы можем по исходным данным и по произведенным расчётам построить график или диаграмму. Вот этой возможностью мы воспользуемся, чтобы проследить зависимость макроскопических параметров в изопроцессах.
а). Перед вами на столе раздаточный материал для урока. На прошлом уроке мы готовили таблицу по изопроцессам, но один процесс мы разбираем вместе - изотермический, два других по группам с последующим объяснением (слайд № 4). Разобрать какие исходные данные уже занесены в таблицу. Проследить, расчет каких величин производить (слайд № 5).
Ваши действия:
Изотермический процесс разбираем вместе (слайды 4,5), а остальные 2процесса – по группам.
2 группа – за компьютерами выполняет работу по изобарному процессу (вводит значения величин), 1 группа – по изохорному процессу.
б). Построить графики.
в). Отчёт о выполненной работе. Группы (1 и 2) для класса формулируют вывод. Группы меняются местами. 1 группа - выполняет работу по изобарному процессу (вводит значения величин), 2 группа – по изохорному процессу.
г). Сохранение документа на диске S:\, имя файла – собственные фамилии учащихся.
IV. Подведение итогов. Приходим к выводу, что для моделирования необходимо использовать информационные технологии, т.к. с помощью ИТ можно наиболее точно построить графики и визуально проследить очень быстро его изменение при изменении исходных данных (см.приложение № 5).
V. Домашнее задание. Произвести расчёты в той части работы, которую не успели выполнить на уроке и результаты занести в таблицу на листе с лабораторной работой по физике.
Приложение № 3
Раздаточный материал для учащихся по теме
« Изопроцессы в газах. Компьютерный эксперимент»
Открыть файл, ранее сохраненный, имя файла – «Изопроцессы в газах» на рабочем столе системы.
Открыть вкладку «Изотерма».
Ввести значения величин, исходя из данных, полученных в эксперименте на уроке физики.
Ввести формулы для расчёта:
Сформулировать вывод. Вывод записать на листах с лабораторной работой по физике.
Перейти на вкладку «Изохора» - для 1 группы.
Ввести значения величин, исходя из данных, полученных в эксперименте на уроке физики.
Ввести формулы для расчёта:
T1=t1+273 (в ячейке B2);
T2=t2+273 (в ячейке E2);
P=ρ*g*h ( в ячейке G2);
Построить графики зависимости макроскопических величин: V,T; T,V; V,P.
Вывести отдельно в ячейки заголовки и значения макроскопических величин: V, T, P в ячейки A4:C6;
Выделить необходимые значения T и P (ячейки B5:C6);
Вставка/Диаграмма;
Стандартные/Точечная;
Выбрать точечную диаграмму со значениями, соединёнными сглаживающими линиями; Далее;
На вкладке Диапазон данных выбрать Ряды в столбцах; Далее;
На вкладке Заголовки ввести название диаграммы – Изохора; ось x – ввести P; ось y – ввести T;
На вкладке Легенда удалить флажок у легенды; Далее
Поместить диаграмму на имеющемся листе;
Нажать на кнопку Готово.
При необходимости изменить форматы элементов диаграммы.
Аналогичным образом построить графики зависимостей T ,V; V, P. При необходимости изменить форматы элементов диаграммы и поместить их на другие листы книги (Выделить диаграмму/Диаграмма/Размещение/На отдельном листе).
Сформулировать вывод. Вывод записать на листах с лабораторной работой по физике.
Перейти на вкладку «Изобара» - для 2 группы.
Ввести значения величин, исходя из данных, полученных в эксперименте на уроке физики.
Ввести формулы для расчёта:
T1=t1+273 (в ячейке C2);
T2=t2+273 (в ячейке G2);
Построить графики зависимости макроскопических величин: V,T; T,V; V,P.
Вывести отдельно в ячейки заголовки и значения макроскопических величин: V, T, P в ячейки A4:C6;
Выделить необходимые значения V и T (ячейки A5:B6);
Вставка/Диаграмма;
Стандартные/Точечная;
Выбрать точечную диаграмму со значениями, соединёнными сглаживающими линиями; Далее;
На вкладке Диапазон данных выбрать Ряды в столбцах; Далее;
На вкладке Заголовки ввести название диаграммы – Изохора; ось x – ввести V; ось y – ввести T;
На вкладке Легенда удалить флажок у легенды; Далее
Поместить диаграмму на имеющемся листе;
Нажать на кнопку Готово.
При необходимости изменить форматы элементов диаграммы.
Аналогичным образом построить графики зависимостей P ,V; T, P. При необходимости изменить форматы элементов диаграммы и поместить их на другие листы книги. (Выделить диаграмму/Диаграмма/Размещение/На отдельном листе).
Сформулировать вывод. Вывод записать на листах с лабораторной работой по физике.
Сохранить документ на сетевом диске S:\, имя файла –фамилии пользователей (учащихся, работавших на компьютере).
Приложение № 4
Презентация «Газовые законы».
Слайд № 1
Слайд № 2
Слайд № 3
Слайд № 4
Слайд № 5
Слайд № 6
Слайд № 7
Слайд № 8
Слайд № 9
Слайд № 10
Слайд № 11
Слайд № 12
Приложение № 5
Предполагаемые результаты работы в MS Excel
Лист «Изотерма»
| L1, м | p1, Па | ∆ L,м | L2,м | h,м | p, Па | p2, Па | P1*L1 | P2*L2 | ρ, кг/м3 | g, м/с2 |
| 2 | 101300 | 0,04 | 1,96 | 0,02 | 196 | 101496 | 202600 | 198932,2 | 1000 | 9,8 |
Лист «Изохора»
| t1, C | T1, K | p1,Па | t2, C | T2, K | h, м | p, Па | p2, Па | P1/T1 | P2/T2 | ρ, кг/м3 | g, м/с2 | V |
|
| 35 | 308 | 101300 | 18 | 291 | 0,04 | 392 | 100908 | 328,90 | 346,76 | 1000 | 9,8 | 0,00004 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| V, м3 | T, K | P, Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0,00004 | 308 | 101300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0,00004 | 291 | 100908 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист «Изобара»
| L1, м | t1, C | T1, K | ∆ L,м | L2,м | t2, C | T2, C | L1/T1 | L2/T2 | V1 | V2 | T | P-постоян |
| 2 | 48 | 321 | 0,15 | 1,85 | 18 | 291 | 0,00623 | 0,00636 | 0,000040 | 0,000037 | T1 и T2 | 101300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| V,м3 | T,К | P, Па |
|
|
|
|
|
| V1=L1*S |
|
|
|
| 0,000040 | 321 | 101300 |
|
|
|
|
|
| V2=L2*S |
|
|
|
| 0,000037 | 291 | 101300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист «Изохора1»
Лист «Изохора2»
Лист «Изохора3»
Лист «Изобара1»
Лист «Изобара2»
Лист «Изобара3»
Получите свидетельство
Вход
Исследование газовых законов (6.28 MB)
0
1898
223
Нравится
0
