Урок физии в 10 классе. Первый закон термодинамики.

Проект урока по физике

в 10 классе по теме:

«I закон термодинамики.

Применение I закона термодинамики к изопроцессам.»

Симонова Т.А., учитель физики.

муниципального общеобразовательного учреждения

средняя общеобразовательная школа № 29

г. Георгиевска Ставропольского края

Тема урока. I закон термодинамики. Применение I закона термодинамики к изопроцессам.

Цель урока. 1.Рассмотреть и сформулировать I закон термодинамики. Выяснить его физический смысл.

2. Дать понятие об адиабатном процессе. Показать применение I закона термодинамики к изопроцессам.

3. Показать единство закона сохранения энергии для различных явлений в природе.

Развивающая

1. Развить умение применять полученные знания при решении расчетных и качественных задач.

2. Привить интерес у учащихся к творческой исследовательской работе.

3. Продолжить развивать логическое мышление.

4. Продолжить работу по формированию навыков экспериментальной работы и умения анализировать источники информации.

Воспитательная

1. Развивать научное мировоззрение на примере единства проявления закона сохранения энергии в механике, электростатике, термодинамике.

2. Развивать информационные УУН

3. Воспитывать добросовестное отношение к труду.

4. Развивать коммуникативные умения и навыки при работе в классе.

По информатике

Образовательные:

1. Обеспечить применение практических навыков для работы с программой, папкой и файлом: открыть программу (графический редактор Paint), открыть файл, папку.

2. Закрыть окно программы, сохраняя изменения в файле.

Развивающие:

1. Развивать аналитико – синтезирующее мышление, формировать умение выделять существенные признаки и свойства объекта, делать выводы.

2. Развивать умение применять знания на практике при решении задач и работе в редакторе Power Point.

3. Развивать общетрудовые и политехнические умения (операционно – контрольные умения, умение пользоваться мышью, клавиатурой; оценивать результаты выполненных действий; регулировать и контролировать свои действия).

Тип урока: урок получения новых знаний с интегрированием знаний, умений и навыков по физике и информатике.

I.Организационная часть

II.Актуализация знаний учащихся

1. Внутренняя энергия

2. Задача №623.сборник задач А.А. Рымкевич

3. Физический диктант.

Напиши формулы

I вариант II вариант

1. Закона Гей- Люссака 1. Закона Шарля

2. Закона Бойля- Мариотта 2. Закона Менделеева-Клапейрона

3. Закона Клапейрона 3. Внутренней энергии

4. Работы в термодинамике 4. Количество теплоты на нагревание

5. Количество теплоты на плавление 5. Количество теплоты на парообразование

6. Сгорает топливо 6.КПД тепловой машины

III. Беседа с демонстрацией опытов, выводом I закона термодинамики и исследовательской работой учащихся по его применению к изопроцессам.

Одним из основных законов природы является закон сохранения энергии. Который формулируется так:

Ответ учащихся. Энергия ни откуда не берется и бесследно не исчезает, она переходит из одного вида в другой от одного тела к другому.

Открыт этот закон был Гельмгольцем, Мейером, Джоулем и связывает все явления природы воедино.

Г.Гельмгольц (1821-1894) Р.Мейер (1814-1878) Д.Джоуль (1818-1889)

Этот закон распространяется и на тепловые явления. При изменении температуры механическая энергия не меняется. А что происходит с внутренней энергией?

1. 1. Что называется внутренней энергией.

   2. Может ли меняться внутренняя энергия.

   3. Как узнать о изменении внутренней энергии тела.

Вывод учащихся: внутренняя энергия может меняться при изменении агрегатного состояния вещества и при изменении температуры. Об изменении внутренней энергии можно судить по показаниям термометра.

Опыт: на спиртовке нагревается вода в пробирке, температура воды измеряется с помощью термометра.

Что произошло с внутренней энергией воды? Каким способом изменилась внутренняя энергия?

Фронтальный эксперимент.

Цель работы: определить как меняется внутренняя энергия тела при совершении работы. Приборы и материалы: алюминиевая проволока, термометр.

Задание: измерить температуру проволоки. Сгибать и разгибать проволоку 15 - 20 раз. В месте сгиба измерить температуру и сделать вывод.

Каким способом изменилась внутренняя энергия?

Вывод учащихся из опыта и экспериментальной работы. Внутренняя энергия изменилась при совершении работы и теплопередаче.

Пусть имеется термодинамическая система, которая обменивается энергией с окружающей средой. Этот обмен происходит с получением энергии при теплообмене и при совершении газом или над газом работы

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе.

ΔU= A+ Q 

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

Работа газа всегда отрицательна (-) на (-) дает (+). Из I закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя, который должен совершать работу без затрат энергии топлива.

В законе речь идет об изменении внутренней энергии.

Работа и количество теплоты характеризуют этот процесс изменения.

Применение законов термодинамики к изопроцессам:

Работа учащихся на доске.

∆U = 3/2ν R∆T A =-p (V₂ – V₁) 

1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,

Здесь U (T₁) и U (T₂) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0).

Исследовательская работа учащихся.

(По вариантам.)

Цель работы. Вывести какой вид будет иметь I закон термодинамики для изотермического процесса Т – постоянная величина(1 вариант) и изобарного процесса р- постоянная величина

(2 вариант).

Выводы учащихся.

2. В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением

Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:

При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T₂ < T₁; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.

3. В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением

Газ совершает работу за счет получения количества теплоты.

Учитель подводит итог.

Но существует ещё один процесс - адиабатный.

4.Адиабатный процесс - это процесс без теплопередачи.

При быстром сжатии работа совершается над газом. Внутренняя энергия и температура – увеличивается.

При быстром расширении газ совершает работу. Внутренняя энергия и температура уменьшается.

Применение: в двигателях Дизеля, при работе компрессоров, для получения сжиженных газов, в грандиозных масштабах в атмосфере Земли. Получение облаков, выпадение осадков.

В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид

т. е. газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии

IV. Закрепление.

1. Чему равно изменение внутренней энергии газа если ему передана 300 Дж количество теплоты и внешние силы совершили работу 500 Дж.

2. При адиабатным расширением совершена работа 200 Дж. Найти изменение внутренней энергии.

3. Р, Па^. 10³

6 1 2

4

2

2 4 6 V,м³

Найти работу при переходе из состояния 1-2

4. Какой процесс если 1) А=0;

2) ∆U = 0

Ответ: 800 Дж; 200 Дж; 16^.10³ Дж; Vпостоянная; Т постоянная

Первичная проверка усвоения знаний

Рефлексия. (Самоконтроль учащихся)

1. Как изменилась внутренняя энергия идеального газа при изотермическом расширении.

Ответ: a) ∆U =0; б)∆U>0; b)∆U<0; г)∆U=A; д)∆U =А'.

2. Как изменилась внутренняя энергия газа, если ему передано количество теплоты 200 Дж и внешние силы совершают над ним работу 600 Дж.

Ответ: а)0; б)400Дж; в)500Дж; г)800Дж; д)200Дж.

3. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 2?

Р,Па

300 1 2

Ответ: а)0; б)300Дж; в)600Дж;г)900Дж

200

100

0 1 2 3 V,м³

4. Переход газа из состояния М в состояние N совершается различными способами:

1, 2, 3, 4. В каком случае работа газа максимальная?

Р М 1

Ответ: а)1; б)2; в)3; г)4; д) при всех

V

процессах одинакова

5. Выделяется или поглощается теплота при конденсации водяного пара?

Ответ: а) выделяется; б) поглощается; в) не выделяется и не поглощается; г) процесс может идти как с выделением, так и с поглощением теплоты.

Ответы: 1 -А, 2 - Г, 3- В, 4 - А, 5 – А

Учащиеся анализируют какие задания вызвали трудности, заполняют таблицу и ставят себе оценку.

Знаю, умею, понимаю

Сомневаюсь

Не понимаю, не знаю

1.

2. 3. 4.

5.

Самостоятельная работа

Вариант I

1. Как изменится внутренняя энергия идеального газа при адиабатном расширении,

a) U = 0; б)U<0; b) U>0; г) любое; д) внутренняя энергия равна нулю.

2. В каком процессе изменение внутренней энергии системы равно количеству переданной теплоты.

1. изохорном; б) изобарном; в) изотермическом; г) адиабат­ном; д) нет ответа.

3. Газу передано 100 Дж количес­тво теплоты и внешние силы совершили над ним работу 300 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии. а) нулю; б) 100 Дж; в) 200Дж; г)300Дж; д) 400Дж.

4. Чему равна работа, совершен­ная газом при переходе из сос­тояния 1 в состояние2.

Р,Па

100 1 2

50

V,м³

1 2 3 4

а) 0; б) 300Дж; в)200Дж; г) 900Дж; д) нет ответа.

Ответ: 1-б; 2-а; 3-д; 4-б.

Вариант 2

1. Как изменится внутренняя энергия идеального газа при изотермическом сжатии.

a) U = 0;6) U<0;b) U>0; г)любое; д) внутренняя энергия равна нулю.

2. Какой процесс произошел при сжа­тии идеального газа, если работа со­вершенная внешними силами над га­зами равна изменению внутренней энергии газа?

а) адиабатный; б) изобарный; в) изохорный; г) изотермический; д) нет ответа.

3. Газ получил количество теплоты 300 Дж, его внутренняя энергия увеличилась на 200 Дж. Чему равна работа, совершенная газом?

а) нулю ;б) 100 Дж; в) 200Дж; г) З00Дж; д) 400Дж.

4. Чему равна работа, совершен­ная газом при переходе из сос­тояния 1 в состояние2.

Р,Па

1000 1 2

500

1 2 3 V,м³

А) 3000Дж; б)2000 Дж; в) 1200Дж; г) 0; д) нет ответа.

Ответ: 1- а; 2-а; 3-б; 4-б.

Итог:

1.С каким законом мы познакомились.

2. Как читается этот закон термодинамики.

3. Оценки за урок. (в заранее подготовленной ведомости выставляется три оценки:

1. за физический диктант

2. самооценка учащихся

3. оценка учителем самостоятельной работы

На дом

§ 80, 81; Упражнение 15 (10,3,7, рис. на стр.183). Учебник физики -10кл. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, М 2003г.

Примечание.

КПД урока - это отношение числа совпавших оценок учителем и учеником к количеству учащихся в классе.