Ступенчатое формирование научных понятий на уроках физики В.Ю. Грук, В.А. Львовский. Школа 91 РАО

Донаучные (житейские) представления о теплоте, температуре: теплота как поле, как течение. Теплота как поток частиц (частицы тепла и холода). Теплота как движение частиц: холодное – частицы движутся медленно, горячее – частицы движутся быстрее. Передача тепла – это передача быстроты движения. Передача холода – торможение частиц (механизм торможение отождествляется с бытовым – торможение машины). Отождествление температуры и скорости движения частиц: неявное предположение о пропорциональности температуры и скорости частиц. Сохранение "житейских интуиций": легкие (тяжелые) частицы быстрее движутся, температура газа "состоит" из температур молекул (аддитивность). Теплопередача, тепловое равновесие: равенство температур на макроуровне означает равенство "чего-то" на микроуровне, постановка задачи на поиск связи температуры с микропараметрами. Сохранение неявного предположения о равенстве скоростей молекул. Неравенство скоростей молекул: обнаружение различий в скоростях молекул, проблема с температурой (преодоление аддитивности температуры), механизм теплопередачи (удары молекул). Обнаружение противоречий, связанных с предположением о тождестве температуры и скорости (т.е. с предположением о независимости температуры от массы частиц). Выдвижение гипотез о пропорциональности температуры и импульса, температуры и кинетической энергии. Выведение следствий из этих гипотез. Поиск сохраняющихся микропараметров при тепловом равновесии. Пропорциональность температуры и кинетической энергии молекул. Подтверждение гипотезы о связи температуры и кинетической энергии молекул (использование закона Авгадро). Выход на закон сохранения энергии (проверка для упругого удара двух шаров с помощью компьютерного практикума). Введение понятия средней кинетической энергии. Вероятностный характер изменения скоростей молекул при столкновениях. Связь массы и скорости молекул при постоянной температуре Развитие молекулярно-кинетического понятия температуры

Если T~, то тогда газы, находящиеся при равной температуре и давлении имеют одинаковые плотности. T 1 =T 2 p 1 =p 2 m 01 n = m 02 n m 01 n 01 = m 02 n 02 1 = 2 Проверка: 1) по готовым таблицам; 2) в химических опытах (плотные газы собираются внизу, лёгкие вверху). Из T 1 =T 2 не 1 = 2, хотя на микро связано с Т на макро В определение температуры должна быть включена масса частиц! Связь температуры со скоростью молекул. Скорость диффузии растет с ростом температуры T~ Мысленный эксперимент: Что произойдет со скоростью молекул в теплоизолированной коробке через время t (,, не изменится) ? Если температура температура газа не меняется, можно предположить, что скорость частиц не меняется

Закон Авогадро: при одинаковых температурах и давлениях концентрации всех газов одинаковы. Если T 1 = T 2 p 1 = p 2, n 1 = n 2 m = m Может температура связана с величиной m ? Компьютерный эксперимент – упругий удар. m m = m m Сохраняется сумма m 0 2 0, а значит m. 1) Газ в термосе. Температура постоянная, а соударения есть. 2) скорости молекул лёгких и тяжёлых газов при равенстве температур разные Вывод: T~ Связь температуры со средней кинетической энергией молекул.

Сравнение микро и макропараметров газа 1) Если возможна ситуация, равенства давлений и температур по обе стороны перегородки проиллюстрируйте её. 2) Если температуры по обе стороны перегородки равны, то проиллюстрируйте ситуацию и предскажите куда будет двигаться перегородка, если её отпустить. 3) Может ли быть так, что температура в левой части коробки больше чем в правой, а давление меньше? Если да, то проиллюстрируйте.

Сравнение микро и макропараметров разных газов 1) Если возможна ситуация, равенства давлений и температур по обе стороны перегородки проиллюстрируйте её. 2) Если температуры по обе стороны перегородки равны, то проиллюстрируйте ситуацию и предскажите куда будет двигаться перегородка, если её отпустить. 3) Может ли быть так, что температура в левой части коробки больше чем в правой, а давление меньше? Если да, то проиллюстрируйте.