Презентация к уроку физики "применение первого закона к изопроцессам"

Урок в 10 классе

Тема: Применение первого начала термодинамики для описания изопроцессов.

Цели урока:  сформировать умения использовать первое начало термодинамики для описания

     газовых процессов ; ввести понятие об адиабатном процессе.

     продолжить развитие теоретического мышления школьников при решении задач;

осознание целей решения, проговаривание анализа явления, разработка плана                                                действий, отношение к математической модели как к средству описания явлений,   творческое обсуждение результатов решения.

Ход урока

1.       Организационный момент

2.       Изучение нового материала ( рассказ, работа с таблицей, с графиками).

Самая простая термодинамическая система – это идеальный газ; самые простые процессы, происходящие с газом,- это изотермический, изобарный и изохорный.

I. Самая простая термодинамическая система – это идеальный газ; самые простые процессы, происходящие с газом,- это изотермический, изобарный и изохорный. Применим первое начало термодинамики для этих процессов; проверим, справедливо ли оно для этой системы, правильно ли описывает энергетические преобразования. Повторяются вопросы: какие изопроцессы вам известны? Можно ли назвать изопроцессы термодинамическими процессами?

             Для каждого процесса в соответствующий столбик записывается первое начало термодинамики; как вариант возможно использование специальной таблицы (табл. 26). Вопросы для организации беседы:  почему при изотермическом процессе не изменяется внутренняя энергия?  (Указание.  Вспоминается формула для внутренней энергии идеального газа: U=3/2*m/M*RT.) Что должно происходить при сжатии газа?

 ( Ответ: Газ должен отдавать часть энергии: Q=A.)

              Совершается ли работа при изохорном процессе? За счет чего изменяется внутренняя энергия газа?

   ( Ответ: За счет теплообмена: нагревания или охлаждения газа.)

Как экспериментально доказать, что внутренняя энергия газа изменяется за счет теплопередачи? Изменяется ли температура газа при изобарном процессе? За счет чего?

   ( Ответ: Подводимое количество теплоты идет на нагревание газа и на совершение им работы при расширении.)

Кроме названных изопроцессов, существует ещё один, получивший название адиабатный. Это процесс изменения состояния системы при отсутствии теплообмена. Для практической реализации процесса систему надо теплоизолировать, затем совершить над ней работу или создать условия для совершения газом работы при расширении.

Термодинамика изопроцессов 

Процесс	Работа газа при расширении	Закон сохранения энергии
Изотермический, T= const		∆U = 0            Q + A = 0           Q = -A = A’
Изохорный,                  V= const		Q = ∆U
Изобарный, p = const		∆U = Q + A Q = ∆U + A’
Адиабатный, Q = 0		Q = 0             ∆U = -A’

При Q=0 первое начало термодинамики приобретает вид  ∆U=A. Причем если внутренняя энергия увеличивается, то A – это работа, совершаемая над газом при его сжатии; если внутренняя энергия уменьшается, то работу обозначают  А’ – это работа газа при его расширении. (Заметим, что иногда говорят о положительной и отрицательной работе.)  Как экспериментально проверить этот теоретический вывод? Легче всего адиабатный процесс наблюдать в случае очень быстрого процесса – теплообмен просто не успевает произойти. Вспомним опыт по расширению воздуха при вылете пробки из  сосуда. Можно ли наблюдаемый процесс назвать адиабатным? Как доказать, что внутренняя энергия воздуха изменилась?

II.  Решение задач направлено на углубление знаний, на формирование умений, одновременно осуществляется контроль усвоения.

1.На доске изображены графики двух термодинамических процессов. Какой из них адиабат, какой изотерма? При каких условиях газ в этих процессах совершает бо̀льшую работу?

Вопросы для организации беседы: какая термодинамическая система рассматривается в задаче?

( Ответ:  Идеальный газ.)

Какой процесс называют изотермическим? За счет чего изменяется давление газа при изотермическом процессе?

( Ответ: За счет изменения объема газа: при увеличении давления это происходит в результате работы внешних сил.)

Совершает ли газ при изотермическом процессе работу? При каких условиях?

( Ответ: газ расширяется, совершает работу, отсюда необходим подвод тепла.)

Какой процесс называют адиабатным? Изменяется ли внутренняя энергия в этом процессе? Какие параметры системы еще изменяются?

( Ответ: Объем и давление.)

Совершает ли газ работу в адиабатном процессе? За счет чего изменяется давление в этом процессе?

( Ответ: Давление, например, уменьшается  за счёт увеличения  объема и за счет охлаждения газа.)

В случае какого процесса давление газа изменяется сильнее при изменении объема?

( Ответ: В случае адиабатного процесса, что и дает ответ на вопрос задачи.)

Как по графику геометрически определить работу газа? Одинаковы ли значения работы в изображенных процессах?

( Ответ: При сжатии газа от объема V₀  до объема V₁ совершается бо̀льшая работа внешних сил при адиабатном процессе; при расширении от объема V₀  до объема V₂ бо̀льшая работа совершается газом при изотермическом процессе.)

  2. Адиабатный  процесс может происходить и в других термодинамических системах, например с твердым телом. Фронтально наблюдаются следующий опыт: полоску резиновой пленки от воздушного шарика ( длина 7-10 см, ширина 3-4 см) резко растягивают, в качестве индикатора температуры используют щеку лица. Вопросы для обсуждения: поведение какой системы изучается в опыте? Какие параметры системы изменяются? Как мы регистрируем изменение температуры? Изменяется ли внутренняя энергия системы? За счет чего это происходит? Как доказать, что над системой совершается работа внешних сил? Как доказать, что наблюдаемый процесс адиабатный? Оцените время, в течение которого процесс можно рассматривать как адиабатный.

( Ответ: Если полоску резиновой пленки растягивать медленно, то повышение температуры не регистрируется, но в любом случае повышение температуры резиновой пленки регистрируется не более одной секунды.)

 III. Совершенствование знаний и умений

Вопросы: почему показания термометра уменьшаются, если его поместить в струю воздуха, вытекающего из камеры футбольного меча? Что нагревается быстрее: литр воды или литр воздуха? Почему при холостом выстреле ствол ружья нагревается сильнее?

( Ответ: По ходу ствола газ совершает меньшую работу, отсюда бо̀льшая часть внутренней энергии идет на теплопередачу.)

В конце урока одному или двум школьникам предлагается задача на карточке для устного ответа. Дополнительные вопросы: изменяются ли формулировки законов с течением времени? Почему это происходит? Какие обычно следуют изменения?

IV. При подведении итогов урока повторяется таблица  “ Термодинамика изопроцессов”.

 V. Домашнее задание:

Физика -10 § 80,81, Упр. 15(9)