Урок в 20 классе "Первый закон термодинамики"

Урок 10 кл. «Первый закон термодинамики»

Цель урока: ввести понятие первого закона термодинамики как закона сохранения энергии для газовых процессов. Актуализировать знания по теплоте. Научить  работать в группах применяя новые знания (к заполнению таблицы)

Тип урока: комбинированный

Оборудование: толстостенный цилиндр с поршнем и ватой со спиртом для показа адиабатного процесса)

                                             Ход урока:

1. Оргмомент  - раздать листы с таблицей, предупредив не открывать.

2. Повторение (актуализация знаний)

 –-  Что такое внутренняя энергия?

 –-   Как можно изменить внутреннюю энергию?

 –-   вспомним формулы для количества теплоты.

 –-   задача №2 на стр. 55. (решаем у доски)

Q = cm∆t = A = mgh

Q = 4200 x 2 x 100 = 840000 Дж

m =75 чел х 60 кг = 2100 кг

h = Q/mg = 840000/21000 = 40 м

 –-    задача №3 на стр. 55 (решаем у доски)

Q = qm = Mgh =  44x10⁶ x 1 = 44000000 Дж

M= 1 т

h = 44000000/10000 = 4400 м

 –-  Как превратить внутреннюю энергию превратить в механическую?

 (см. стр 55 рисунок 31.2) — принцип работы теплового двигателя.

3. Объяснение новой темы:

(рисунок на доске)

                                                                    Q              

 

                                                                 A

Пусть у нас есть система (газ) в состоянии 1 с параметрами p₁, V₁ , T₁. Переведем газ в состояние 2 с параметрами p₂, V₂, T₂

Перевести можно двумя способами: путем теплопередачи Q  и путем совершения работы A.

При переходе меняется внутренняя энергия: из состояния U₁ в состояние U₂ :

∆U = U₂ – U₁

Выведем первый закон термодинамики из схемы (ученики выводят)

∆U = Q + A            Первый закон термодинамики

Учтем, что:

А = А_внеш  - работа внешних сил

А_Г — работа газа

А = - А_Г

Как тогда запишется первый закон термодинамики? (ученики выводят)

∆U = Q – А_Г                         Первый закон термодинамики

 Внутренняя энергия  зависит только от температуры и изменение внутренней энергии вычисляется по формуле:

∆U = νRT

Работа газа зависит от объема и вычисляется по формуле:

А = p∆V

Зная эти формулы, можно рассчитать параметры газа.

  –  Какие газовые процессы мы уже знаем?

Есть еще один процесс, который происходит без теплообмена ( очень быстро или в термосе)

Рассмотрим опыт (толстостенный цилиндр с ватой и спиртом) (по рис. 31.3)

Объясните этот опыт.

Где это можно использовать?

Адиабатный процесс — газовый процесс, который происходит без теплообмена со внешней средой.

Условие  адиабатного процесса: Q = 0.

 –  Задача № 4 на стр. 57 (устно)

 –  Задача № 6 на стр. 57 (устно)

 –  Как выглядит график адиабатного процесса?

 –  Задача 7 на странице 58

4. Закрепление материала:

Откроем таблицы.

Заполним таблицу « Применение первого закона термодинамики к различным процессам»:

для адиабатного процесса ( используя задачи 19-22)

5. Работа по группам:

Заполняем таблицу

 1 группа: для изотермического расширения (используя задачи 8-11)

 2 группа: для изотермического сжатия  (используя задачи 8-11)

 3 группа: для изобарного расширения (нагревания) -используя задачи 16-18

 4 группа: для изобарного сжатия (охлаждения) - используя задачи 16-18

 5 группа: для изохорного нагревания (используя задачи 12-15)

 6 группа: для изохорного охлаждение   (используя задачи 12-15)

6. Отчет групп

Каждая группа отчитывается, остальные записывают в таблицы объяснения группы, задают вопросы.

7. Итоги урока.

Выводы:

 Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии для газовых процессов.

 Первый закон термодинамики:

∆U = Q + A   

∆U = Q – А_Г    

  Изменение внутренней энергии вычисляется по формуле: ∆U = νRT.

Работа газа вычисляется по формуле: А = p∆V

8. Закрепление материала (если осталось время)

 - задачи № 26,27,28,29,30,31,32 на страницах 59 — 60

9. Домашнее задание:

Параграф 31. Заполнить таблицу. Задачи 26 — 32 на страницах 59-60.

Применение Первого закона термодинамики к различным процессам.

Процесс, постоянная величина.	Уравнение процесса, график процесса	Уравнение I закона термодинамики	Изменение внутренней энергии	Объяснение
Изотермическое расширение
Изотермическое сжатие
Изобарное расширение
Изобарное сжатие
Изохорное нагревание
Изохорное охлаждение
Адиабатное расширение
Адиабатное сжатие

Применение Первого закона термодинамики к различным процессам.

Процесс, постоянная величина.	Уравнение процесса, график процесса	Уравнение I закона термодинамики	Изменение внутренней энергии	Объяснение
Изотермическое расширение T= const	Q > 0 AГ > 0	Q = AГ (0 = Q – AГ )	∆U = 0	Все переданное газу тепло идет на совершение им же работы
Изотермическое сжатие T= const	Q < 0 AГ < 0	Aвнеш = - Q (0 = -Q - A	∆U = 0	При совершении работы внешними силами газ отдает тепло окружающей среде. Тепло уходит из системы.
Изобарное расширение (нагревание) p = const	Q > 0 AГ > 0	Q = ∆U + AГ ∆U = Q + Aвнеш ∆U = Q - AГ	∆U > 0	Подводимое к газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии и совершение газом работы
Изобарное сжатие (охлаждение) p = const	Q < 0 AГ < 0	∆U = Aвнеш – Q ∆U = -Q + Aвнеш	∆U < 0	Внутренняя энергия уменьшается за счет того, что над газом совершается работа и газ отдает тепло окружающей среде
Изохорное нагревание V = const	Q > 0 A = 0	∆U = Q	∆U > 0	Внутренняя энергия газа увеличивается за счет подводимого тепла.
Изохорное охлаждение V = const	Q < 0 A = 0	∆U = -Q	∆U < 0	Внутренняя энергия газа уменьшается за счет того, что газ отдает тепло окружающей среде
Адиабатное расширение Q =  const	AГ > 0	∆U = -AГ	∆U < 0	Внутренняя энергия газа уменьшается за счет того, что сам газ совершает работу. Газ охлаждается
Адиабатное сжатие Q =  const	AГ < 0	∆U = Aвнеш	∆U > 0	Внутренняя энергия газа увеличивается за счет совершения работы внешних сил. Газ нагревается.