Урок по физике "Первый закон термодинамики"

Первый закон термодинамики.

Урок по физике для 1 курса. Специальность «Мастер строитель широкого профиля».

Тема занятия: Термодинамика.

Тип занятия: комбинированный.

Цель занятия: формирование компетенции учащихся по теме «Термодинамика».

Задачи урока:

Образовательная: изучить первый закон термодинамики и его применение к различным процессам.

Развивающая: способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, наблюдать и экспериментировать.

Воспитательная: пробуждать познавательный интерес к предмету и окружающим явлениям; развивать способность к сотрудничеству, общению, работе в коллективе.

Ход урока

I. Учащиеся разбиваются на три группы. Каждая группа это бригада строителей. Каждой бригаде выдается фотография дома, которая разделена на три части  -- фундамент, стены и крышу, лист картона и клей.

У нас сегодня необычный урок мы будем строить дом. Как вы думаете, какие разделы физики необходимо знать, чтобы построить дом?
- Ответы учащихся

Что нужно для того, чтобы построить дом. Кирпичи, цемент, стройматериалы, умелые руки и конечно знания. Знания - это тот фундамент, без которого ни один дом не будет хорош. Конечно, мы будем строить не реальный, а скорее виртуальный дом. Здесь у нас присутствуют бригады строителей. Каждое правильно выполненное задание принесет им материал для постройки дома. Как мы могли убедиться без хорошего знания физики дом не построить, мы будем строить дом, опираясь только на один раздел физики – термодинамику. Что является основой дома – фундамент. Будем возводить фундамент нашего дома.

На магнитной доске прикреплены карточки в виде камней для фундамента. На каждой карточке содержится вопрос. Учащийся, правильно ответивший на вопрос, приносит своей бригаде камень для строительства фундамента.

Вопросы для строительства фундамента.

1.     Что такое внутренняя энергия?

2.     Какие еще виды энергии вы знаете?

3.     Выбрать формулу для внутренней энергии идеального одноатомного газа. (формулы записаны на маркерной доске)

4.     Что такое количество теплоты?

5.     Что такое теплоемкость?

6.     Записать формулу для вычисления работы газа?

7.     Воздух в комнате нужно нагреть на 10 градусов, указать формулу по которой можно рассчитать  необходимое количество теплоты.

8.     Сформулировать закон сохранения энергии.

Учащиеся, забравшие кирпичики с магнитной доски, могут наклеить фундамент здания на лист картона

II. Фундамент готов, примемся за стены. Вам предлагается самостоятельно поработать по теме «Первый закон термодинамики». На компьютере эта тема представлена в виде слайдов. Внимательно  почитайте и чтобы лучше понять , заполните таблицу в которой нужно описать все процессы.

Процесс изменения состояния газа	Полученное количество теплоты, Q	Совершенная работа A	Изменение внутренней энергии        U	Запись первого закона термодинамики для каждого процесса
Изотермическое расширение, Т
Изохорное нагревание , V
Изобарное расширение, p
Адиабатное расширение

Заполнив таблицу, строители получили материал для стен.

III. Основа дома готова. Проводим внутренние работы, прежде всего отопление. Как будем дом обогревать? Паровым котлом. А что общего между автомобилем, тепловозом, пароходом и паровым котлом?

- У них у всех один принцип работы. Это все тепловые двигатели.

Наша цивилизация широко использует тепловые двигатели, они оказывают помощь в работе, помогают передвигаться и т.д, но только ли пользу принесло нам это достижение науки?

 Двум ученикам было дано опережающее задание: подобрать интересные факты и подготовить слайд – шоу (сообщение ) на тему «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды» . Но пока не внедрили другие способы  получения энергии, вам предлагается рассчитать какие затраты энергии потребуются для отопления дома при традиционном способе получения теплоты. (Каждой бригаде выдаются карточки с задачами)

Карточки с задачами

1.Какое количество  теплоты необходимо для изохорного  нагревания воздуха массой 290 кг в комнате на 10 К?

Дано: m=290кг M=29*10-3 кг/моль ΔТ=10К R=8.31 Дж/моль К      V=соnst	Решение:
Q-?

2. В цилиндре находится 2 кг воздуха при 20⁰С под давлением 1 МПа. Найти работу при изобарном нагревании воздуха до 100⁰С.

Дано: m=2 кг t1=200C p=106Па t2=1000C M=0,029кг/моль	СИ T1=293 K T2=373 K	Решение: ; ; ; Ответ: A= 4.5*104 Дж.
A-?

Бригада,  которая первая решит задачи, получит приз за самый теплый дом

IV. Экспериментальная задача.

 Приступаем к завершающему этапу строительства нашего дома. Мы строим крышу. Решив экспериментальную задачу вы получите материал для строительства крыши.

Оборудование: электроплитка лабораторная, весы, калориметр,  медный груз, термометр, мензурка.

В алюминиевый калориметр массой m_а, содержащий  m_в воды при температуре  T₁, опущено металлическое тело массой m_м , нагретое до температуры  Т. В результате теплообмена установилась окончательная температура Θ. Определить удельную теплоёмкость вещества, из которого изготовлено тело, если удельная теплоёмкость алюминия  c_а=880 Дж/кг*К, удельная теплоёмкость воды c_в=4190 Дж/кг*К.

Порядок выполнения работы

1.     Измерьте температуру воды термометром.

2.     Извлеките груз, измерьте его температуру термометром.

3.     Опустите груз в воду, подождите некоторое время.

4.     Измерьте окончательную температуру.

5.     Рассчитать количество теплоты для всех случаев.

6.     Составить уравнение теплового баланса.

7.     Рассчитать удельную теплоёмкость и сравнить с табличным значением.

Решение

В результате теплообмена в калориметре выравнивается температура всех тел. Нагретый цилиндр отдаёт теплоту Q_отд и охлаждается от T до Θ:

Q_отд=c_мm_м(T- Θ).

Калориметр и вода, получая теплоту, нагреваются от T₁ до Θ:

Q_пол=c_аm_а(Θ -T₁)+ c_вm_в(Θ -T₁),

или

Q_пол=(c_аm_а+ c_вm_в)( Θ -T₁).

На основании закона сохранения энергии приравняем теплоту, отданную медным цилиндром, к теплоте, полученной калориметром и водой: Q_отд=Q_пол, следовательно, c_мm_м(T- Θ)= (c_аm_а+ c_вm_в)( Θ -T₁). Мы получили уравнение теплового баланса, из которого определим c_м:

с_м= .

Подставим числовые значения известных величин и вычислим удельную теплоёмкость меди.  (Оформление задачи может быть произвольным: в виде таблицы – отчета или в виде расчетов, выполненных на кусочке фотографии крыши)

Закончив эксперимент, можно собрать весь дом и показать присутствующим  на уроке.

V. Подведение итогов урока.

Бригада, первая завершившая строительство дома, получает оценку «5». Отдельные рабочие других бригад, тоже могут быть оценены отлично, учитывая работу на отдельных этапах урока.

Домашнее задание: п. 27, упражнение 6 № 9,10.