Конспект урока по теме Первый закон термодинамики

             Конспект урока "Первый закон термодинамики. Решение задач."

Цель:

v  Развития. Развить умение работать с информацией физического содержания при использовании различных способов представление ее в тексте заданий (виде графиков, таблиц, схем, задач) . Актуализировать знания учащихся по изучаемой теме; добиться усвоения учащимися закона сохранения и превращения энергии для тепловых процессов – первого закона термодинамики; показать практическую значимость закона

v  Воспитания. Стимулировать формирование образовательной компетенции учащихся через овладение им и знаниями, а также целесообразными способами деятельности. Способствовать развитию умения сопоставлять факты; логично и сжато строить свой ответ; систематизировать учебный материал.

v  Образования. Передать учащимся базовые знания по данной теме. Научить решать базовые задачи, алгоритмическим способом решения задач. Показать всеобщность этого закона, используя межпредметные связи курсов физики, биологии, технологии и познаваемость мира; формировать целостное восприятие мира; создать условия для создания положительной мотивации учебной деятельности

Задачи:

v Углубить предметные компетенции при выполнении самостоятельной работы с текстом учебника.

v Способствовать развитию познавательного интереса учащихся, через показ практического значения изучаемых вопросов.

v Формировать у учащихся умения систематизировать знания.

v Коррекция знаний по данной теме.

Предварительная подготовка: Учащиеся получили задание ознакомиться с историей открытия закона сохранения энергии.

Методы и формы занятия: Объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, самостоятельная работа, тестирование.

Прогнозируемый результат:

v  Успешное выполнение контрольного теста по теме урока.

v  Возможность самостоятельно решить карточку с домашним заданием.

Эпиграф.

Ум  заключается  не  только  в  знании,

 но  и  в  умении  прилагать  знание  на  деле.

Аристотель

Ход урока

Презентация

I. Организационный момент.

II.Актуализация знаний учащихся. (6 мин.)

Учитель. Здравствуйте! Надеюсь, что у вас рабочее настроение, и мы продуктивно поработаем. Сегодня мы заканчиваем изучение большой темы «Внутренняя энергия» И я просила вас повторить виды теплообмена. Повторили?

У каждого на парте лежит листок. Подпишите его. И выполните задания для самостоятельной работы. Я даю вам 5 минут

Задания

1.Явление, показанное на рисунке, используется:

 

А) для передачи энергии от Солнца к  Земле;                    

Б) в работе домашнего холодильника;

В) в работе батарей центрального отопления;

Г) для кипячения воды в чайнике на борту

 орбитальной станции.

2.Внутренняя энергия газа при вылете пробки

А) увеличивается

Б) уменьшается

В) не изменяется

3.Чувствует ли палец приток тепла?

А) нет, т.к. теплопроводность стекла мала;

Б) да, т.к. теплопроводность стекла велика;

В) нет, т.к., конвективные потоки поднимаются;

Г) да, т.к. конвективные потоки опускаются;

Д) нет, т.к. происходит излучение тепла через стекло

4.В какой обуви больше мерзнут ноги зимой?

А) в просторной, потому что__________________________________________

Б) в тесной, потому что________________________________________________

5.В солнечную погоду быстрее тает

А) чистый снег, потому что_________________________________________________

Б) быстрее тает грязный снег, потому что_______________________________________

Обучающиеся  выполняют самостоятельную работу. Взаимопроверка, на экране ответы (слайд №3) .

Выставите в оценочную таблицу полученное количество баллов

У. Итак, какие знания вам потребовались?

Мы ежедневно встречаемся с явлениями, проводим элементарные физические опыты, не задумываясь об их объяснении.

У меня есть для вас несколько вопросов от наших учителей.

Вопрос от Татьяны Николаевны :   Температура в аквариуме поднялась. Это может погубить всех рыбок.  Что делать?

Ученики предлагают ответы на вопросы

Вопрос от Валентины Викторовны. В классе очень холодно, что делать?

Вопрос-просьба от первоклассника- анонима. Помогите сохранить мороженое как можно дольше без холодильника.

Ученики предлагают ответы на вопросы.

Учитель: Вы очень умные дети: не зная законов  термодинамики, используете их для объяснения явлений. Слышали ли вы когда – нибудь об этих законах. Эти законы составляют основу термодинамики и их часто называют началами или принципами термодинамики. Откройте тетради, запишите тему урока. Записывают в тетрадь определение термодинамики.

Термодинамика – это теория тепловых процессов, в которой не учитывается молекулярное строение тел. (слайд №4)

III.Объяснение нового материала. (18 мин)

Дидактическая задача: изучить теоретический материал;  установить связь между  внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты; разрешить проблемную ситуацию;  объяснить невозможность создания вечного двигателя. 

Метод: объяснительно-иллюстративный

Учитель: 1 закон термодинамики рассматривает более сложный случай, когда внутренняя энергия изменяется и за счёт совершения работы, и за счёт теплопередачи. Закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов называется 1 законом термодинамики.

У него особая история открытия, отличная от открытия других законов. Обычно сначала формулируется закон, а затем создаются технические устройства. В этом случае было наоборот.

На экран проецируется следующие сведения(слайд №5):

1736 год - паровая лодка

1770 год – паровая повозка

1775 год - отказ Парижской Академии наук принимать проекты вечных двигателей

1807 год - пароход Фултона

1824 год – паровоз Стефенсона

1842 год - статья Р. Майера “Замечания о силах неживой природы” Формула закона сложна, будет понятна на простых примерах. Когда человек болен  у него поднимается температура, и увеличивается внутренняя энергия. Человек принимает лекарства, понижающие температуру, вызывающие потоотделение. Количество теплоты отрицательно, так как тепло отдаётся. Температура снижается до нормальной температуры. И не зря открыл закон врач.

Ученик 1: сообщение о том, как Р. Майер (слайд №6) пришёл к открытию закона и к мысли о том, что энергия может превращаться. И солнечная энергия превращается в энергию растений и остального живого.

Учитель: Одновременно с Майером к этому же выводу пришли Д. Джоуль и Г. Гельмгольц

Ученик 2: сообщение об опытах Д. Джоуля по закону сохранения(слайд №7)  .

Ученик 3: о Г. Гельмгольце (слайд №8), который записал закон в математической форме и доказал невозможность создания вечного двигателя.

Вывод.

Изменение внутренней энергии тела (системы)  равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного телу (системе). По сути это и есть 1 закон термодинамики, а точнее одна из его формулировок. Мы же с вами чаще будем пользоваться другой формулировкой .Запишите ее в тетрадь. , Определение 1 закона термодинамики : Количество теплоты, переданное системе,  расходуется на изменение ее внутренней энергии и на работу, производимую системой против внешних сил. (слайд №9)

Математическая запись закона выглядит так 

Q=A' +U, А = -A' , Q+A = U

По сути это закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления.

Учитель: Из первого закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя Что это такое. (ученики отвечают)

У. вечный двигатель – это устройство, способное совершать неограниченное количество работы без затрат топлива или каких – либо других материалов. Этот закон учитывается и в животном мире.

Если Q = 0; то ΔU = – A или – ΔU = A. То есть двигатель перестанет работать, если будет исчерпан весь запас внутренней энергии . Первый закон термодинамики объясняет теоретическую невозможность создания вечного двигателя. Но еще до открытия этого закона многовековая практика привела ученых к выводу: нельзя совершать работу без затраты внешней энергии.

Так еще Леонардо да Винчи писал: «О, искатели постоянного двигателя, сколько пустых проектов создали вы в подобных поисках».

В 1775 году Французская академия наук заявила: « Построение вечного двигателя абсолютно невозможно», – и перестала рассматривать любые проекты вечных двигателей.

IV. Закрепление материала. (14 мин)

Дидактическая задача: применить полученные знания для решения конкретных задач

Метод: решение задач

Учитель : и так,  чтобы закрепить наши знания полученные на данном уроке решим задачи (слайд №10)  .

Решение задач:

1.    При передаче газу количества теплоты 17 кДж он совершает работу, равную 50 кДж. Чему равно изменение внутренней энергии газа? Охладился газ или нагрелся?

2.    Идеальный газ совершил работу, равную 300 Дж. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 300 Дж. Какое количество теплоты получил газ? (600 Дж)

Ученица выступает в роли учителя, объясняет решение задачи.

в) Учащиеся получают тесты, содержащие задачи по теме урока.

Самостоятельная работа. 1 закон термодинамики.

Начальный уровень

1. Идеальный газ получил количество теплоты, равное 300 Дж, и совершил работу, равную 100 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?

А. увеличилась на 400 Дж
Б. увеличилась на 200 Дж
В. уменьшилась на 400 Дж
Г. уменьшилась на 200 Дж

2. Идеальный газ совершил работу, равную 100 Дж, и отдал количество теплоты, равное 300 Дж. Как при этом изменилась внутренняя энергия?

А. увеличилась на 400 Дж
Б. увеличилась на 200 Дж
В. уменьшилась на 400 Дж
Г. уменьшилась на 200 Дж

Средний уровень

3. Идеальный газ совершил работу, равную 300 Дж. При этом внутренняя энергия уменьшилась на 300 Дж. Каково значение количества в этом процессе?

А. отдал 600 Дж
Б. отдал 300 Дж
В. получил 300 Дж
Г. не отдавал и не получал теплоты.

Высокий уровень

При поступлении в систему количества теплоты 60Дж, поршень переместился на 10см под действием силы давления газа, равной 60Н. Как изменилась внутренняя энергия и на сколько? Нагрелся или охладился газ?

По окончании работы ученики проверяют свою работу, оценивают себя.

Ответы :

1.     Б

2.     В

3.     Г

Критерий оценивания:

4 задачи –“5”

3 задачи –“4”

2 задачи –“3”

Учитель читает рассказ американского писателя – фантаста Джэкобса “Обезьянья лапа”:

В скромную семью приезжает в гости сержант из Индии. Он показывает хозяевам талисман – высушенную обезьянью лапу, которая может выполнять любые желания его владельцев. Собравшиеся решают испытать талисман. Хозяин просит у обезьяньей лапы 200 фунтов стерлингов.

Раздаётся стук в дверь. Входит служащий той фирмы, где работает сын хозяина. Он сообщает, что в результате несчастного случая сын хозяина погиб. Фирма не считает себя виновной за случившееся, но в порядке компенсации просит принять пособие в размере 200 фунтов стерлингов.

Какое отношение имеет этот рассказ к нашей теме? (учащиеся отвечают)

Учитель: Вы видите, что закон, на основе которого определяется изменение внутренней энергии, – один и тот же для всех явлений природы: физических, химических, биологических и даже общественных. Значит, энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает, она переходит из одного вида в другой. Ещё древние греки считали: “Из ничего ничего не бывает”.

Значение этого закона трудно переоценить. На основе его проверяется новая установка или механизм. Если закон в новой теории не выполняется, то новая теория несостоятельна.

Подведение итогов. (1мин)

Чтобы понять, на сколько интересен и полезен материал, который мы изучали на уроке, выполните задание №1

Задание 1

Оцените сегодняшний урок: 0 - нет, 1 - да.

- Вам было интересно на уроке?________

- Вы узнали что-то новое?_____________

- Был ли доступен изучавшийся материал?_______

- Вы его поняли?_________

- Готовы ли вы работать над материалом на следующих уроках?_________

Количество баллов________

Выставление оценок.

Домашнее задание. (1 мин) (слайд №11)

§ 80, упр. 15 (3) .

Заключительное слово (1 мин)

Учитель: В природе непрерывно и многообразно совершается обмен энергией между отдельными телами и их система. Общие законы этого обмена определяют законы термодинамики. Сегодня вы познакомились с первым законом, пройдя определенный пути познания.

Используемая литература.

1.     Журнал “Квант” №10, 1989 год

2.     Учебник “Физика-10кл” Буховцев Б.Б., Мякишев Г.Я., Сотский Н.Н.

3.     Физика в 10 классе: Модели уроков: Кн. для учителя / Ю. А. Сауров. - М. : Просвещение, 2005. - 256 с.

4.     Кирик Л.А. Физика. Самостоятельные и контрольные работы 10-11 кл. – М: Имкса, Харьков: Гимназия, 1998г.

5.     Рымкевич А.П. Сборник задач по физике – М., Просвещение2008 г.