Урок-повторение "применение первого закона термодинамики к изопроцессам в газах". Урока: Применение первого закона термодинамики Урок по теме первый закон термодинамики

Воспитательная цель: добиться усвоения учащимися закона сохранения и превращения энергии для тепловых процессов - первого закона термодинамики; показать практическую значимость закона

Основные знания и умения: знать формулировку закона, определение адиабатного процесса и уметь интерпретировать природные явления на основе законов термодинамики

Оргмомент (сообщить план урока) СЛАЙД 1
Повторение изученного материала: дать названия различным процессам на графике, выбрать формулы для каждого участка, ответить на вопросы СЛАЙДЫ 2 - 4

1. Почему на двух участках не меняется температура?

2. Что происходит с молекулами на каждом участке?

3. В каких случаях Q>0 и Q<0?

4. В каком состоянии находится вещество на этих участках?

5. Дать определение изопроцессам.

6. Что называется внутренней энергией и от чего она зависит?

7. В каком случае газ совершает работу? От чего зависит знак работы?

8. Что называется количеством теплоты?

9. Какие формулы мы применяем при расчете количества теплоты?

3. Решение задач. Пока производится устный опрос, остальные учащиеся решают задачи на

расчет количества теплоты по вариантам СЛАЙД 5

Проверка решения задач
Повторение: способы изменения внутренней энергии
Повторение: закон сохранения энергии и примеры его проявления в природе
Первый закон термодинамики: определение и формула (записать)
Первый закон термодинамики для изохорного процесса (записать)
Первый закон термодинамики для изотермического процесса (записать)
Первый закон термодинамики для изобарного процесса (записать)
Адиабатный процесс (записать). Рассмотреть примеры
Уравнение теплового баланса (записать)
Образец решение задачи на уравнение теплового баланса (записать)
Итоги урока:

1. Формулировкапервого закона

2. Как изменяется уравнение для разных процессов?

3. Какой процесс называется адиабатным?

4. Примеры адиабатных процессов?

5. Почему охлаждается атмосфера при удалении от поверхности Земли?

15. Домашнее задание:

Знать формулировки закона

Первый закон термодинамики

На рис. 3.9.1 условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина Q > 0, если тепловой поток направлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.

Рисунок 3.9.1.

Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы.

Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

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

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

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.

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

Применим первый закон термодинамики к изопроцессам в газах.

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

Q = ΔU = U(T2) - U(T1).

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

A = p(V2 - V1) = pΔV.

Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:

Q = U(T2) - U(T1) + p(V2 - V1) = ΔU + pΔV.

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

Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением

Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам.

Наряду с изохорным, изобарным и изотермическим процессами в термодинамике часто рассматриваются процессы, протекающие в отсутствие теплообмена с окружающими телами. Сосуды с теплонепроницаемыми стенками называются адиабатическими оболочками, а процессы расширения или сжатия газа в таких сосудах называются адиабатическими.

Модель. Адиабатический процесс.

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

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

На плоскости (p, V) процесс адиабатического расширения (или сжатия) газа изображается кривой, которая называется адиабатой. При адиабатическом расширении газ совершает положительную работу (A > 0); поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU < 0). Это приводит к понижению температуры газа. Вследствие этого давление газа при адиабатическом расширении убывает быстрее, чем при изотермическом расширении (рис. 3.9.2).

Рисунок 3.9.2.

Семейства изотерм (красные кривые) и адиабат (синие кривые) идеального газа.

В термодинамике выводится уравнение адиабатического процесса для идеального газа. В координатах (p, V) это уравнение имеет вид

Это соотношение называют уравнением Пуассона. Здесь γ = Cp / CV - показатель адиабаты, Cp и CV - теплоемкости газа в процессах с постоянным давлением и с постоянным объемом (см. §3.10). Для одноатомного газа для двухатомного для многоатомного

Работа газа в адиабатическом процессе просто выражается через температуры T1 и T2 начального и конечного состояний:

A = CV(T2 - T1).

Адиабатический процесс также можно отнести к изопроцессам. В термодинамике важную роль играет физическая величина, которая называется энтропией (см. §3.12). Изменение энтропии в каком-либо квазистатическом процессе равно приведенному теплу ΔQ / T, полученному системой. Поскольку на любом участке адиабатического процесса ΔQ = 0, энтропия в этом процессе остается неизменной.

Адиабатический процесс (так же, как и другие изопроцессы) является процессом квазистатическим. Все промежуточные состояния газа в этом процессе близки к состояниям термодинамического равновесия (см. §3.3). Любая точка на адиабате описывает равновесное состояние.

Не всякий процесс, проведенный в адиабатической оболочке, т. е. без теплообмена с окружающими телами, удовлетворяет этому условию. Примером неквазистатического процесса, в котором промежуточные состояния неравновесны, может служить расширение газа в пустоту. На рис. 3.9.3 изображена жесткая адиабатическая оболочка, состоящая из двух сообщающихся сосудов, разделенных вентилем K. В первоначальном состоянии газ заполняет один из сосудов, а в другом сосуде - вакуум. После открытия вентиля газ расширяется, заполняет оба сосуда, и устанавливается новое равновесное состояние. В этом процессе Q = 0, т.к. нет теплообмена с окружающими телами, и A = 0, т.к. оболочка недеформируема. Из первого закона термодинамики следует: ΔU = 0, т. е. внутренняя энергия газа осталась неизменной. Так как внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, температуры газа в начальном и конечном состояниях одинаковы - точки на плоскости (p, V, изображающие эти состояния, лежат на одной изотерме. Все промежуточные состояния газа неравновесны и их нельзя изобразить на диаграмме.

Вопросы для повторения:

• Что такое внутренняя энергия?
• Назовите способы изменения внутренней энергии.
• Как определить работу газа?
• Как определить количество теплоты?
• Объясните физический смысл удельных величин.

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

• Количество теплоты, переданное системе идет на совершение системой работы и изменение её внутренней энергии

• Изотермический процесс

(T = const) :  U =0

Т.к. ΔT=0, Δ U=0 и тогда Q= A.

Если Q

Применение I закона термодинамики к изопроцессам

• Изобарный процесс:

(p = const, Δp=0 )

A = p  V = vR  T

0 " width="640"
0, то ΔU 0 – нагрев газа, если Q " width="640"

Изохорный процесс.

1. Что такое изохорный процесс?

2. Т.к. ΔV=0, → А=0 →ΔU=Q

• Если Q 0, то ΔU 0 – нагрев газа, если Q

Применение I закона термодинамики к изопроцессам

• Изохорный процесс:

( V = const): A = 0

0, то Δ U0 – нагрев газа, если Q" width="640"

Т.к. ΔV=0, то А=0 и ΔU=Q

Если Q0, то Δ U0 – нагрев газа, если Q

Применение I закона термодинамики к изопроцессам

• Адиабатный процесс: процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

Q=0

Температура меняется только за счет совершения работы

Адиабатный процесс

• Адиабатными можно считать все быстропротекающие процессы и процессы, происходящие в теплоизолированной среде.

Адиабата круче любой пересекающей её изотермы

Термодинамика циклического процесса.

Для произвольного циклического процесса 1–2–3–4–1 работа газа, совершенная им за цикл, численно равна площади фигуры, ограниченной диаграммой цикла в координатах p – V

Необратимость процессов в природе .

• Необратимые – процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении. В обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.

Что произойдет с колебаниями маятников с течением времени?

• Все процессы в природе НЕОБРАТИМЫ!

II закон термодинамики.

• Формулировка Клаузиуса (1850): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходило бы от тел менее нагретых к телам более нагретым.
• Формулировка Томсона (1851): невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии.
• Формулировка Клаузиуса (1865): все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна.
• Формулировка Больцмана (1877): замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное. Невозможен самопроизвольный выход системы из положения равновесия. Больцман ввел количественную меру беспорядка в системе, состоящей из многих тел – энтропию .

Автономное учреждение

профессионального образования

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

«СУРГУТСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Кузмауль Мария Сергеевна, преподаватель физики

Тема урока: Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

Цель : ввести первый закон термодинамики как закон сохранения энергии термодинамической системы, раскрыть его физическое содержание при рассмотрении изопроцессов, сформировать умения использовать первый закон термодинамики для описания газовых процессов.

Задачи:

образовательные: изучить первый закон термодинамики как закон сохранения энергии термодинамической системы, раскрыть его физическое содержание при рассмотрении конкретных процессов, ввести понятие об изотермическом, изобарном, изохорном, адиабатном процессе, сформировать умения использовать первый закон термодинамики для описания газовых процессов.

развивающие: развить навыки применения первого закона термодинамики при решении задач, научить составлять алгоритм решения задач, развить познавательного интерес.

воспитывающие: воспитывать мировоззрение учащихся на основе метода научного познания природы.

Оборудование к уроку : мультимедийный проектор, экран, таблица, пробирка с пробкой, термометр, вода, лист бумаги, таблица "удельная теплоемкость различных веществ".

Тип урока: комбинированный

Методы ведения урока: письменный опрос, беседа, метод алгоритмизации, использование ИКТ.

План урока.

Этапы урока

Время, мин.

Приёмы и методы

1. Организационный момент

2. Проверка знаний

Письменный опрос, практическая работа.

3. Изучение новой темы

Рассказ, демонстрации, записи в тетрадях, диалог

4. Закрепление материала (Решение задач)

Решение задач, ответы на вопросы

5. Рефлексия

Ответы на вопросы

6. Домашнее задание с комментариями

Ход урока

Организационный момент урока.

Здравствуйте, сегодня мы продолжаем изучение главы «Основы термодинамики». Для начала повторим изученный материал прошлого урока, затем перейдём к изучению нового материала.

2. Проверка знаний по темам: "Кристаллические и аморфные тела. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии":

I . Провести письменный опрос на 2 варианта:

1 вариант

2 вариант

1. Что такое кристаллические тела?

1. Что такое аморфные тела?

2. Перечислите свойства кристаллических тел.

2. Перечислите свойства аморфных тел.

3. На доске приведен список различных тел: эбонит, жемчуг, пластмасса, алмаз, соль, стекло, каучук, графит, полиэтилен, янтарь, сода.

выбрать из списка аморфные тела

Ответ: эбонит, пластмасса, стекло, каучук, полиэтилен.

выбрать из списка кристаллические тела

Ответ: алмаз, соль, жемчуг, сода, графит

4. Общее задание (для всех вариантов) - объяснить на основе проведенного опыта наблюдаемые явления:

«Изменение внутренней энергии тела»

Опыт № 1. Приборы и материалы: 1) пробирка химическая, закрытая пробкой; 2) термометр; 3) цилиндр измерительный с носиком 100 мм с холодной водой; 4) лист бумаги; 5) таблица «Удельная теплоемкость веществ».

Порядок выполнения работы

Налейте в пробирку немного воды (8-10 г) и измерьте ее температуру.

Закройте пробирку пробкой и заверните в бумагу. Энергично встряхивайте воду в пробирке в течение 30-40 с.

Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды.

Вычислите изменение внутренней энергии воды.

Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

Ответьте на вопросы:

Как изменялась внутренняя энергия воды во время опыта?

Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте?

Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта?

Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершенной работы?

Опыт №2. Потрите ладони друг об друга. Что вы чувствуете? Почему ладони греются? (учащиеся объясняют, что внутренняя энергия изменяется за счёт совершения работы).

3. Изучение нового материала.

1). Повторить материал о внутренней энергии, способах изменения внутренней энергии и формулы расчета количества теплоты. Систематизировать материал темы в виде схемы, ответив на вопросы:

Что называем внутренней энергий?

Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?

Что называется работой?

Что называем количеством теплоты?

Назовите процессы, сопровождающиеся выделением и поглощением тепла.

2). Изучение новой темы

Устная информация:

К середине XIX в. многочисленные опыты доказали, что механическая энергия никогда не пропадает бесследно. Падает, например, молот на кусок свинца, и свинец нагревается вполне определенным образом. Силы трения тормозя тела, которые при этом разогреваются

На основании множества подобных наблюдений и обобщения опытных фактов был сформулирован закон сохранения энергии:

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Закон сохранения энергии управляет всеми явлениями природы и связывает их воедино. Он всегда выполняется абсолютно точно, неизвестно ни одного случая, когда бы этот великий закон не выполнялся.

Этот закон был открыт в середине XIX в. немецким ученым, врачом по образованию Р. Майером (1814-1878), английским ученым Д. Джоулем (1818-1889) и получил наиболее точную формулировку в трудах немецкого ученого Г. Гельмгольца (1821 - 1894).

Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики.

В термодинамике рассматриваются тела, положение центра тяжести которых практически не меняется. Механическая энергия таких тел остается постоянной, изменяться может лишь внутренняя энергия каждого тела.

Под запись:

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

∆U = A + Q .

Часто вместо работы А внешних тел над системой рассматривают работу А" системы над внешними телами. Учитывая, что А"=-А, первый закон термодинамики можно записать так:

Q =∆ U + A ′

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

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ

Учащиеся записывают в виде таблицы полученную информацию от преподавателя.

(Комментарий: форма таблицы роздана на парты заранее, преподаватель работает с доской.).

Q=∆U+A′

или

∆U=A+Q

Смотреть формулировку 1 закона термодинамики.

Адиабатный

Q = const

∆U = A

Изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы

С помощью первого закона термодинамики можно делать важные заключения о характере протекающих процессов. Рассмотрим различные процессы, при которых одна из физических величин остается неизменной (изопроцессы). Пусть система представляет собой идеальный газ. Это самый простой случай.

Изотермический процесс.

При изотермическом процессе (Т= const ) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Согласно формуле все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы: Q = A " .

Если газ получает теплоту ( Q >0), то он совершает положительную работу (А">0). Если, напротив, газ отдает теплоту окружающей среде (термостату), то Q <0 и А"<0. Работа же внешних сил над газом в последнем случае положительна.

Изохорный процесс.

При изохорном процессе объем газа не меняется, и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной плоты: ∆ U = Q .

Если газ нагревается, то Q >0 и ∆ U >0, его внутренняя энергия, увеличивается. При охлаждении газа Q <0 и ∆ U = U 2 - U l <0, изменение внутренней энергии отрицательно и внутренняя энергия газа уменьшается.

Изобарный процесс.

При изобарном процессе (P = const ) передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.

Q =∆ U + A ′

Адиабатный процесс.

Рассмотрим теперь процесс, протекающий в системе, которая не обменивается теплотой с окружающими телами.

Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.

При адиабатном процессе Q =0 и согласно уравнению изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы:

∆U = A .

Конечно, нельзя окружить систему оболочкой, абсолютно не допускающей теплопередачу. Но в ряде случаев можно считать реальные процессы очень близкими к адиабатным. Для этого они должны протекать достаточно быстро, так, чтобы за время процесса не произошло заметного теплообмена между системой и окружающими телами.

4. Закрепление (Решение задач).

Рассмотрим различные примеры задач на использование и применение первого закона термодинамики

В закрытом баллоне находится газ. При охлаждении его внутренняя энергия уменьшилась на 500 кДж. Какое количество теплоты отдал газ? Совершил ли он работу?

Дано: ΔU = -500 Дж;

Найти: Q - ? А - ?

V = const - изохорный процесс

1) ∆U=Q - 1 закон термодинамики для нашего условия.

Q = -500 Дж

2) Т. к. объём не меняется: А = Р ΔV → А = 0 - газ работу не совершает.

Ответ: Q = -500 Дж; А = 0

знак «-» показывает, что газ выделяет количество теплоты

Задача-вопрос (качественный)

В сосуд, на дне которого была вода, накачали воздух. Когда открыли кран и сжатый воздух вырвался наружу, сосуд заполнился водяным туманом. Почему это произошло?

Если открыть кран, то воздух начнет расширяться и выходить наружу. Данный процесс происходит очень быстро и его можно рассматривать как адиабатное расширение. А при адиабатном расширении согласно первому закону термодинамики внутренняя энергия газа уменьшается а значит и температура уменьшается. При понижении температуры пар в сосуде становится насыщенным и происходит конденсация

Чте ние условия, анализ задачи (использование общих закономерностей) и решение.

Вспомнить что такое конденсация, насыщенный пар.

Графический

Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 4 так, как показано на рисунке. Вычислите работу, совершаемую газом.

Вся работа, совершенная газом равна сумме работ на отдельных участках.

Для определения работы на каждом участке графика определяем:

какой параметр постоянный, исходя из этого определяем запись 1 закона термодинамики к данному процессу

На основе рассмотренных примеров решения задач учащиеся пытаются составить общий алгоритм решения задач. Затем преподаватель включается в деятельность и совместно с учащимися вносит корректировки в составление алгоритма.

Общий алгоритм решения задач по термодинамике

1. Внимательно прочитать условие задачи, определить тип задачи;

2. Записать краткое условие задачи;

3. Перевести единицы измерения в СИ (если требуется);

4. Определить параметры p,V и T, характеризующие каждое состояние газа. Записать 1 закон термодинамики для необходимого процесса, дополнительные формулы, если потребуются (для расчета внутренней энергии, работы, количества теплоты, газовые законы);

6. Провести математические преобразования и расчёты;

7. Проанализировать полученный результат и записать ответ.

5. Рефлексия

Сегодня на уроке мы изучили первый закон термодинамики, раскрыли его физическое содержание при рассмотрении изопроцессов – изотермического, изобарного, изохорного, адиабатного, научились использовать первый закон термодинамики для описания газовых процессов.

6. Домашнее задание: изучить § 78, 79, выучить конспект в тетради, выполнить упр.15 (№7,8)

Список литературы:

Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1971. - 448 с.

Усова А.В. Практикум по решению физических задач: пособие для студентов физ.-мат. ф-тов/ А.В. Усова, Н.Н. Тулькибаева. - М.: Просвещение, 2001. - 208 с.

Технологическая карта урока изучения нового материала

Данные об учителе: Двоеглазова Любовь Тимофеевна, имеющаяся высшая и запрашиваемая высшая категория, МБОУ Старозятцинская средняя общеобразовательная школа Якшур – Бодьинского района.

Предмет: физика Класс 10 Учебник (УМК): Мякишев Г. Я. Буховцев Б. Б, Сотский Н. Н., Физика 10 класс М. Просвещение 2008г.

Тема урока: Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам

Тип урока: урок изучения нового материала

Оборудование 1. Компьютер, проектор, 1) Листы с заданиями, 3) Листы с описанием лабораторной работы,

4) Презентация «1 закон термодинамики»».

Характеристика учебных возможностей и предшествующих достижений учащихся класса, для которого проектируется урок:

Учащиеся имеют представление о внутренней энергии тела, работе, совершаемой газом и работе внешних сил, знают формулы для их вычисления.

Учащиеся владеют

регулятивными УУД:

- преобразовывать практическую задачу в учебно-познавательную совместными усилиями (2 уровень);

познавательными УУД

определять способы решения проблем под руководством учителя (1 уровень);

выдвигать гипотезы и выстраивать стратегию поиска под руководством учителя (1 уровень);

формулировать новые знания совместными групповыми усилиями (2 уровень);

обобщать полученные данные.

коммуникативными УУД:

- участвовать в коллективном обсуждении проблем (2 уровень);
- представлять конкретное содержание и сообщать его в устной и письменной форме (3 уровень).

личностными УД:

- проявляют устойчивый познавательный интерес к новому учебному материалу (2 уровень).

Цели урока как планируемые результаты обучения, планируемый уровень достижения целей:

Вид планируемых учебных действий		Учебные действия	Планируемый уровень достижения результатов обучения
Предметные		Формулируют и воспроизводят определение понятий: внутренняя энергия, количество теплоты, работа	2 уровень – формулируют по памяти
		Формулируют и воспроизводят 1 закон термодинамики	1 уровень – совместные с учителем действия.
		Выводят и воспроизводят формулы первого закона термодинамики для изопроцессов.	3 уровень – применение знаний в измененной ситуации
метапредметные	Регулятивные	Самостоятельно преобразуют практическую задачу в познавательную	1 уровень - совместные с учителем действия.
		Планируют собственную деятельность	1 уровень - совместное с учителем действие
		Осуществляют контроль и оценку своих действий	2 уровень - совместное действие учащихся
	Познавательные	Проводят наблюдения, анализ, выдвигают предположения и осуществляют их экспериментальную проверку	2 уровень - совместные (групповые), действия учащихся
	Коммуникативные	Обмениваются знаниями между членами группы для принятия эффективных совместных решений	2 уровень - совместные (групповые) действия
Личностные		Проявляют устойчивый интерес к поиску решения проблемы	2 уровень - устойчивый познавательный интерес

«Этап урока.»

Этап урока, время этапа	Задачи этапа	обучения	Формы учебного взаимодей­ствия	Деятельность учителя	Деятельность учащихся	Формируемые УУД и предметные действия
Мотивационно-целевой этап	Обеспечить эмоциональное переживание и осознание учащимися неполноты имеющихся знаний; Вызвать познавательный интерес к проблеме; Организовать самостоятельное формулирование проблемы и постановку цели	Создание проблемной ситуации затруднения в интерпре­тации фактов и явлений	Фронталь­ная	1..Предлагает учащимся прослушать рассказать о том, что такое гроза. 2.Просит объяснить какое устройство называется вечным двигателем. 3. Помогает осознать затруднение в объяснении невозможности создания вечного двигателя, связанное с неполнотой научных знаний. 3. Создает эмоциональный настрой.	Слушают учителя Рассуждают с опорой на уже имеющиеся знания. Формулируют свое затруднение «Мы не знаем, почему не возможно создать вечный двигатель»	Регулятивные УУД: определяют цели учебной деятельности Личностные УУД: осознают неполноту знаний, проявляют интерес к новому содержанию; Познавательные УУД: видят проблему (осознают возникшие трудности в решении задач при отсутствии необходимых знаний); Коммуникативные УУД: участвуют в коллективном обсуждении проблемы, интересуются чужим мнением и высказывют свое собственное;
Ориентировоч-ный этап	организовать совместное с учителем планирование и выбор методов исследования		Фронталь-ная	Предлагает назвать какие знания нужны для объяснения принципа работы двигателя.	Называют уже известные физические величины: работа, внутренняя энергия, количество теплоты. Принимают предложение учителя.	Регулятивные УУД: анализируют условия задачи, выделяют материал, который будет использован в исследовании, принимают предложенный способ решения проблемы. Коммуникативные УУД: участвуют в диалоге, слушают друг друга, высказывают свою точку зрения.
Поисково-исследовательский этап Практический этап Рефлексивно-оценочный этап	Организовать поиск решения проблемы. Обеспечить применение полученных знаний для решения конкретных задач. Обеспечить осмысление процесса и результата деятельности.	Исследование (Эксперимент) Выполнение самостоятельной работы по заполнению таблицы Упражнение в решении качественных и расчетных задач	Групповая. Фронтальная Групповая Фронтальная Индивидуальная Индивидуальная, фронтальная Фронтальная.	Предлагает провести эксперимент,. Выдает необходимое оборудование. Предлагает построить объяснение полученных результатов. Организует обмен результатами эксперимента. Предлагает повторить понятие и методы определения внутренней энергии тела и работы. Наблюдает и координирует действия учащихся, вызванных к доске Организует обсуждение вопросов. Предлагает повторить, газовые законы Выдает листы с заданием Наблюдает и координирует самостоятельные действия учащихся. Организует обмен результатами работы. Задает рефлексивные вопросы. Предлагает повторить ключевые моменты изучаемых на уроке вопросов. Организует решение и проверку задач. Предлагает оценить свою работу на уроке. Выдает мини- газету «Интересно, что…»	Слушают, уясняют поставленную задачу Получают оборудование, организуют рабочее место. Проводят опыт и вычисляют изменение внутренней энергии воды. Обсуждают в группе результаты эксперимента Делают выводы. Обсуждают в группе вопросы и формулируют ответы на них. Сообщают полученные результаты классу. Слушают, уясняют поставленную задачу. Получают листы с заданием, организуют рабочее место. Читают параграф учебника. Обсуждают в группе вопросы и формулируют ответы на них. Результаты обсуждения записывают в таблицу. Сообщают полученные результаты классу. Формулируют 1 закон термодинамики и особенности его формулировки применительно к изопроцессам. Решают задачи Проверяют правильность решения.. Отвечают на вопросы учителя. Дают оценку своей работе на уроке.	Познавательные УУД: проводят эксперимент, обобщают полученные данные, делают выводы, формулируют определение физического понятия; выводят новые формулы на основе установления зависимостей между известными физическими величинами. Коммуникативные УУД: устанавливают рабочие отношения, эффективно сотрудничают; с достаточной полнотой и точностью выражают свои мысли; Регулятивные УУД: проявляют способность к мобилизации сил и энергии для достижения поставленной цели. Предметные УД: решают конкретные физические задачи на основе знания физических величин и осознанного применения формул. Личностные УД: осознают личностную значимость владения мето­дами научного познания; Регулятивные УУД: оценивают степень достижения цели

Просмотр содержимого документа
«конспект урока»

Тема: « Первый закон термодинамики и его

применение к различным изопроцессам».

Урок усвоения новых знаний.

Цели урока:

Образовательная:

Добиться усвоения учащимися закона сохранения и превращения энергии для тепловых процессов – первого закона термодинамики;

Показать переход от общих знаний первого закона термодинамики к конкретным газовым законам;

Рассмотреть применение полученных знаний при решении конкретных задач.

Воспитательная:

повысить интерес к физике, как к науке, объясняющей огромное количество окружающих явлений и объединяющей в себе знания множества других наук;

формировать коммуникативные и деловые качества при работе в малых группах;

воспитывать мировоззрение и единую физическую картину мира;

Воспитывать дисциплинированность, ответственное отношение к учебному труду;

Развивающая:

Развивать умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать вывод;

Способствовать развитию умения сопоставлять факты; логично и сжато строить свой ответ; систематизировать учебный материал.

Развивать у учащихся логическое мышление, сообразительность и вычислительные навыки при решении задач.

Расширить политехнический кругозор учащихся.

Оборудование: проектор, компьютер, презентация, листы ватмана для заполнения таблицы, пробирка с водой, термометр, электрическая плитка, химический стакан с водой, пробирка.

Ход урока.

Мотивационно-целевой этап.

Ребята, какие мысли приходят к вам при слове «Гроза»? А я вспоминаю одноименную драму Островского, в которой один из главных героев, наверное, очень умный человек, занимался созданием перпетуум мобиля. Что это такое? Совершенно верно, это вечные двигатели - воображаемое устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Некоторые из проектов были довольно-таки остроумны. (слайд 1 и 2).

Возможно ли создание вечного двигателя? А почему? Можете ли вы аргументировано объяснить? Не хватает знаний, познания.

А сколько путей, по-вашему, ведут к знанию? Древний мыслитель и философ Китая Конфуций утверждал, что три.

Три пути ведут к познанию:

И путь опыта – это путь самый горький. (слайд 3)

Сегодня на уроке нам предстоит пройти все эти пути и согласится, а может быть засомневаться в истинности этого утверждения.

У каждого из Вас на столе есть рабочая карта. Прошу Вас познакомиться с рабочей картой и заполнять его по мере продвижения по этапам.

Ориентировочный этап.

Итак, попытаемся доказать невозможность создания вечного двигателя. Конкретно, используя законы физики.(слайд 4)

Какие ключевые понятия мы должны при этом использовать?

Двигатель совершает работу – работа

За счет чего? – за счет энергии, количества теплоты.

Что происходит с термодинамической системой, если ей передают некоторое количество теплоты? Она может изменить свою внутреннюю энергию.

Итак, мы определили ключевые понятия, которые нужны сегодня на уроке.

Давайте мы их повторим, а затем попытаемся выяснить, почему невозможно создать вечный двигатель.

Поисково - исследовательский этап.

Устный опросу доски.

Внутренняя энергия.

Работа в термодинамике.

Одновременно небольшая практическая работа (2-3 человека)

«Вычисление изменения внутренней энергии тела при совершении работы».

Приборы и материалы: 1) пробирка химическая, закрытая пробкой; 2)термометр лабораторный от 0 до 100 °С; 3) сосуд с холодной водой; 4) лист бумаги; 5) таблица «Удельная теплоемкость вещества, шприц

Порядок выполнения работы

Налейте в пробирку немного воды с помощью шприца (8-10 г) и измерьте ее температуру

Закройте пробирку пробкой и заверните в бумагу. Энергично встряхивайте воду в пробирке в течение 30-40 с.

Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды.

Вычислите изменение внутренней энергии воды.

Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь и на доске.

Ответьте на вопросы:

Как изменялась внутренняя энергия воды во время опыта?

Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте?

Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта?

Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершенной работы?

Как можно было еще изменить внутреннюю энергию воды, не совершая работы?

Изучение новой темы.

Работа с презентацией. (слайды 5-8)

Закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления называется первым законом термодинамики.

История открытия этого закона была очень интересна. В 1798 г. министр внутренних дел Баварии, граф Б.Румфорд проделал опыт. (слайд 9) В те времена пушки изготавливали так. Из расплавленного металла отливали пушечные стволы, не оставляя внутри них канала для ядер. Его высверливали позже - при помощи огромных сверлильных станков, приводившихся в движение лошадьми. Румфорд заметил, что во время сверления стволы очень сильно нагревались. Румфорд предположил, что причина нагревания - трение сверла о пушечный ствол, то есть совершение механической работы. Для проверки этого предположения Румфорд решил увеличить силу трения. Для этого он взял тупое сверло, а пушечный ствол поместил в бочку с водой. Спустя два с половиной часа, к величайшему изумлению свидетелей этого грандиозного опыта, вода закипела!

На основе физических знаний, полученных на предыдущих уроках, объясните причину кипения воды.

Какими способами можно изменить внутреннюю энергию газа?

Совершение работы

В этом случае объем газа должен изменяться (при расширении газ совершает работу над окружающими телами, например, отодвигая поршень; при сжатии окружающие тела совершают работу над газом);

Передача теплоты Q

От газа к окружающим телам или, наоборот, от окружающих тел к газу.

(Слайд 10 -14)

Изолированная система. А = 0, Q = 0 Þ DU = 0 , DU = U2 – U1 = 0 Þ U2 = U1. Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной (сохраняется).

Вечный двигатель. (лат. perpetuum mobile - перпетуум мобиле). Вечный двигатель 1-го рода - воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Вечный двигатель 1-го рода противоречит закону сохранения и превращения энергии и поэтому неосуществим. (Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия).

Машина, которая отдала бы больше энергии, чем получила.

Механизм (устройство), который безостановочно движет сам себя и, кроме этого, совершает какую-нибудь полезную работу без затрат топлива или других материалов.

Устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затрат энергии.

Q = 0 (к системе энергия не поступает) Þ А = -DU (Q = DU + А) т.е. работа совершается за счет убыли энергии. Но когда энергия исчерпается, тогда двигатель перестанет работать.

(Слайд18 и19).

Практический этап

1. Первичное закрепление знаний. Выполнение тестовой работы.

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

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

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

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

А. отдал 600 Дж
Б. отдал 300 Дж
В. получил 600 Дж
Г. получил 300 Дж

По окончании работы ученики проверяют свою работу, оценивают себя. (Ответы появляются на экране)

Б 2. В 3. Г 4. В

Самостоятельная работа с учебником.

1закон термодинамики можно записать намного проще применительно к конкретным изопроцессам. Давайте их вспомним (изотермический, изобарный, изохорный). Перед вами на столах лежит таблица вам нужно будет быстро ее заполнить. Для удобства однотипные понятия напечатаны на бумаге одного цвета. Листочки приклеиваем прямо в таблицу. Для заполнения последнего столбика вам нужно прочитать параграф 79.

Название процесса	Постоянный параметр	Формула, закон		1 закон термодинамики
Изотермический
Изобарный
изохорный
адиабатный

После выполнения работы в группах идет проверка у доски.

Адиабатный процесс- группе, которая раньше закончила работу с таблицей.

Этап закрепления.(Слайд 18)

Рефлексивно-оценочный этап

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.

Вернемся к высказыванию Конфуция. Согласны ли вы с древним

философом? Какой путь для Вас был самым легким, самым трудным? Есть ли другие мнения, реплики, мысли…

Обоснуйте важность понимания первого закона термодинамики.

Итак, наш урок подходит к концу. И я вас прошу на рабочих листах выставить себе две оценки по 5 –бальной шкале – первая – насколько понятен материал урока; насколько активными вы были на уроке.

Фамилия, имя

Этап урока	Количество баллов
	Знаю, понимаю	Собственная работа
Повторение.
Экспериментальное задание
Изучение новой темы
Работа в группах с таблицей и учебником.
Решение задач
Общая оценка за урок

1.Как я усвоил материал?
- Получил прочные знания, усвоил весь материал -5 баллов.
- Усвоил новый материал частично - 4 балла.
- Мало, что понял, необходимо еще поработать - 3 балла.
2.Как я работал? Где допустил ошибки? Удовлетворен ли своей работой?
- Со всеми заданиями справился сам, удовлетворен своей работой – 5баллов.
- Допустил ошибки – 4 балла.
- Не справился 3 баллов.
Сформулируйте ваше мнение об уроке, ваши пожелания.

Домашнее задание : параграф 78 и 79, упр 15 (1 и 2), объяснить опыт,

Вопрос: что общего между работой дизельного двигателя и образованием облаков?

Сообщение «дизельный двигатель»

Дополнительные задания:

1. Какую работу совершил гелий массой 0,4 кг при изобарном нагревании на 30 °С?

А)5 кДж Б) 10 кДж В) 15 кДж Г) 20 кДж Д) 25 кДж

2. Найдите изменение внутренней энергии гелия массой 80 г при его нагревании на 60 ºС?

А) 5 кДж Б) 10 кДж В) 15 кДж Г) 20 кДж Д) 25 кДж

Вопрос «На засыпку»

Эксперимент

На электроплитку поставлен высокий химический стакан с водой. Внутри воды находится перевёрнутая пробирка, частично заполненная водой. Как будет вести себя пробирка в процессе нагревания воды?

(Ответ. По мере нагревания жидкости прогревается воздух в пробирке. Он расширяется и вытесняет часть воды из пробирки. В результате этого уменьшается сила тяжести системы, состоящей из пробирки и воды в ней. Как только сила тяжести станет меньше выталкивающей силы, произойдет всплытие. После соприкосновения пробирки с наружным воздухом, она немного остынет. Воздух сожмётся, и вода зайдёт в пробирку, пробирка опустится на дно. И всё это неоднократно повторится.)

Почему так происходит? Красиво все объяснить в тетради.

Спасибо вам за работу. А чтобы ваши знания еще приумножились я дарю вам подарок – любопытную листовку. Я оставляю вам свой подарок мини – газету “Любопытно, что..”. В газете интересные факты из истории 1 закона термодинамики (из журнала “Квант” №10, 1989 г) После урока вы можете познакомиться с интересными фактами по теме урока.

Статья «Как превратить энергию в работу»

Л.Д. Ландау

Человеку нужны машины, для этого нужно уметь создавать движение – двигать поршни, вращать колеса, тянуть вагоны поезда. Движение машин требует работы. Как получить ее?

Работа происходит за счет энергии. Надо отнять у тела или системы тел энергию – тогда получится работа.

Рецепт вполне правилен, но мы еще не касались вопроса о том, как совершить такое превращение. Всегда ли возможно забрать энергию у тела? Какие для этого нужны условия? Мы сейчас увидим, что почти вся энергия, имеющаяся вокруг нас, совершенно бесполезна: она не может быть превращена в работу. Такую энергию никак нельзя причислить к нашим энергетическим запасам. Разберемся в этом.

Отклоненный от положения равновесия маятник рано или поздно остановится; запущенное от руки колесо перевернутого велосипеда сделает много оборотов, но в конце концов тоже прекратит движение. Нет исключения из важного закона: все окружающие нас тела, движущиеся самопроизвольно, в конце концов остановятся. (Здесь не имеется в виду равномерное поступательное движение и равномерное движение системы тел как целого)

Если имеется два тела – нагретое и холодное, то тепло будет передаваться от первого ко второму до тех пор, пока температуры не уравняются. Тогда теплопередача прекратится, состояния тел перестанут изменяться. Установится тепловое равновесие.

Нет такого явления, при котором тела самопроизвольно выходили бы из состояния равновесия. Не может быть такого случая, чтобы колесо, сидящее на оси, начало бы вертеться само по себе. Не бывает и так, чтобы нагрелась сама по себе стоящая на столе чернильница.

Стремление к равновесию означает, что у событий имеется естественный ход: тепло переходит от горячего тела к холодному, но не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему.

Механическая энергия колеблющегося маятника благодаря сопротивлению воздуха и трению в подвесе перейдет в тепло. Однако ни при каких условиях маятник не начнет раскачиваться за счет тепла, имеющегося в окружающей среде. Тела приходят в состояние равновесия, но самопроизвольно выйти из него не могут.

Этот же закон энергии показывает, какая часть находящейся вокруг нас энергии совершенно бесполезна. Это энергия теплового движения молекул тех тел, которые находятся в состоянии равновесия. Такие тела не способны превращать свою энергию в механическое движение.

Эта часть энергии огромна. Это «Мертвая энергия»…

…Мы знаем о попытках построения «вечного двигателя»(«перпетуум мобиле»), создающего работу из ничего. Оперируя положениями физики, вытекающими из закона сохранения энергии, невозможно опровергнуть этот закон созданием вечного двигателя (теперь мы назовем его вечным двигателем первого рода). Такую же ошибку совершают и несколько более хитроумные изобретатели, которые создают конструкции двигателей, производящих механическое движение за счет лишь одного охлаждения среды. Этот, увы, неосуществимый двигатель называют вечным двигателем второго рода. И здесь совершается логическая ошибка, поскольку изобретатель основывается на законах физики, являющихся следствием закона о стремлении всех тел к состоянию равновесия, и при помощи этих законов пытается опровергнуть основания, на которых они зиждятся.

Итак, одним лишь отнятием тепла у среды нельзя произвести работу. Другими словами система тел, находящихся в равновесии друг с другом, энергетически бесплодна.

Значит, для получения работы необходимо прежде всего найти тела, не находящиеся в равновесии со своими соседями. Только тогда удастся осуществить процесс перехода тепла от одного тела к другому или превращения тепла в механическую энергию.

Создание потока энергии – вот необходимое условие получения работы. На «пути» этого потока возможно превращение энергии тел в работу.

Поэтому, к энергетическим запасам, полезным для людей, относится энергия лишь тех тел, которые не находятся в равновесии с окружающей средой.

Просмотр содержимого документа
«самоанализ»

Проект самоанализа урока

ФИО педагога Двоеглазова Любовь Тимофеевна

Полное название ОУ МБОУ Старозятцинская СОШ Якшур – Бодьинского района

Предмет (форма занятия) физика Класс (группа) 10 УМК Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский.

Тема урока (занятия) 1 закон термодинамики и его применение к различным изопроцессам.

Дата проведения урока (занятия)

Этапы урока	Уровень достижения планируемого результата	Возможные риски	Коррекционная работа
Мотивационно-целевой	Учащиеся должны уяснить цель урока. Должны знать, что такое внутренняя энергия, работа, количество теплоты.	Школьники не уяснили цели урока. Не уяснили, что такое внутренняя энергия, работа, количество теплоты.	Недостающие знания они получают в результате фронтальной и групповой работы.
Ориентировочный	Школьники должны уяснить, что энергия, работа и количество теплоты взаимосвязаны.	Не уяснили связи между этими понятиями. Не смогли сконструировать путь решения проблемы.	Повторение известных с прошлого урока способов изменения внутренней энергии тела.
Поисково-исследовательский	Учащиеся должны знать формулировку 1 закона термодинамики Учащиеся должны уметь применять его для различных изопроцессов. Учащиеся должны знать и понимать основные формулы для внутренней энергии и работы применительно к изопроцессам. Учащиеся должны иметь представление о теплоизолированной системе.	Не уяснили сути 1 закона термодинамики Не смогли сформулировать его применительно к конкретным мзопроцессам. Работу выполнили раньше намеченного времени.	Работа с презентацией. Групповая работа с более сильными учениками. Работа с учебником и рабочими тетрадями. Коллективная проверка результатов работы учителем и учащимися. Учитель предоставляет дополнительные задачи.
Практический	Учащиеся должны уметь применять полученные знания при решении задач.	Не смогли использовать имеющиеся знания для решения конкретных задач	Коррекционная работа у доски.
Рефлексивно- оценочный	Учащиеся должны проанализировать результаты работы и поставить себе оценку.	Не смогли поставить себе оценку.	Коллективное обсуждение и подведение итогов урока. Дифференцированное домашнее задание.

Подпись учителя.

Просмотр содержимого презентации
«презентация»

Вечный двигатель - воображаемое устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов

Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

Три пути ведут к познанию:

• Путь размышления – это путь самый благородный,

• Путь подражания – это путь самый легкий,

• И путь опыта – это путь самый горький.

Конфуций

древний мыслитель и философ Китая

Размышляем!

Проблема

Ключевые понятия

Связь между ними

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Одно из основных положений термодинамики, являющееся по существу законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам.

МАЙЕР (Mayer) Юлиус Роберт (1814-78)

Немецкий естествоиспытатель, врач. Первым сформулировал закон сохранения энергии (эквивалентности механической работы и теплоты) и теоретически рассчитал механический эквивалент теплоты (1842).

ДЖОУЛЬ (Joule) Джеймс Прескотт (1818-89)

Английский физик. Экспериментально обосновал закон сохранения энергии, определил механический эквивалент тепла. Установил закон, названный законом Джоуля - Ленца. Открыл (совместно с У. Томсоном) эффект, названный эффектом Джоуля - Томсона.

Провел серию опытов по изучению взаимного превращения механической энергии и теплоты.

ГЕЛЬМГОЛЬЦ (Helmholtz) Герман Людвиг Фердинанд (1821 - 1894)

Немецкий ученый, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1868). Автор фундаментальных трудов по физике, биофизике, физиологии, психологии. Впервые (1847) математически обосновал закон сохранения энергии, показав его всеобщий характер. Разработал термодинамическую теорию химических процессов, ввел понятия свободной и связанной энергий. Автор основополагающих трудов по физиологии слуха и зрения.

Бенджамин Томпсон, граф Румфорд (26 марта 1753 - 21 августа 1814 )

Изобрел калориметр,

предложил конструкцию фотометра .

Открыл и исследовал явление конвекции в газах и жидкостях.

Он известен многочисленными изобретениями: камином оригинальной конструкции («камин Румфорда»). Считается, что он изобрёл симпатические чернила, кухонную плиту, кофеварку, армейскую полевую кухню, печи для обжига кирпича, паровую отопительную систему .

Может ли внутренняя энергия одновременно изменяться за счет совершения работы и за счет передачи теплоты?

Первый закон термодинамики формулируется именно для таких общих случаев.

Первый закон термодинамики

Изменение внутренней энергии термодинамической системы равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, сообщенного системе.

Изменение внутренней энергии системы

совершенная над системой работа

 U = Q + А

0 когда тепло сообщается системе Q когда тепло отдается системой А 0 когда газ сжимается А когда газ расширяется А – работа внешних сил над системой" width="640"

Мерой изменения внутренней энергии в процессе совершения работы является работа , а мерой изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи является количество теплоты .

 U = Q + А

Q 0 когда тепло сообщается системе

Q когда тепло отдается системой

А 0 когда газ сжимается

А когда газ расширяется

А – работа внешних сил над системой

изменение внутренней энергии системы

переданная через границы системы теплота

совершенная системой работа

Q =  U + А /

А / - работа внутренних сил

А = - А /

 U = Q + А

Изолированная система

  U = 0 ,

 U = U 2 – U 1 = 0

U 2 = U 1

Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной (сохраняется)

Подумай…

Как формулируется первый закон термодинамики?

Можно ли сказать: система обладает запасом количества теплоты?

Можно ли сказать: система обладает внутренней энергией?

В 1775 г. Парижская академия наук

считая неосуществимыми проекты вечных двигателей, постановила не рассматривать их .

Первый закон термодинамики и изопроцессы

Изотермический

Q = ΔU + A

Изобарный

Изохорный

Адиабатный

• § 78,79
• с. 236, Упр. 15 (1, 2)
• Что общего между работой дизельного двигателя и образованием облаков?
• Сообщение «Дизельный двигатель»

Махметова Г.К.

Учитель физики и математики ШЛ №60

Урок в 10 классе

Решение задач по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам».

Цель урока:

систематизировать знания по теме «Первый закон термодинамики и применение его к изопроцессам».

Задачи урока:

образовательные: организовать деятельность учащихся по повторению темы « Первый закон термодинамики и применение его к изопроцессам», провести тренировку практических навыков через организацию дидактической игры.

обеспечить в ходе урока повторение 1-го закона термодинамики, применение его к изопроцессам (формулы, вывод); уравнение состояния идеального газа; уравнение Клапейрона; графики изопроцессов; формулу работы газа и его связь с работой внешних сил; формировать умения по решению задач на применение 1-го закона термодинамики к изопроцессам;

воспитательные: содействовать в ходе урока формированию мировоззренческих идей, воспитанию гражданственности, инициативности, трудолюбия;

развивающие: содействовать формированию научного мировоззрения, развитию исследовательских навыков, умения аргументировать, классифицировать, развивать устойчивый интерес к предмету физики; физическую речь; умение обосновывать, доказывать, делать выводы; самостоятельно систематизировать учебный материал и готовиться к проверке знаний, содействовать развитию внимательности, творческих способностей.

Тип урока: закрепление темы.

Форма проведения урока: Практикум по решению задач.

Ожидаемый результат:

уметь применять 1-й закон термодинамики к различным изопроцессам;

уметь вычислять работу газа при решении графических задач.

Оборудование:

интерактивная доска

карточки «Программируемый контроль»

карточки «Контрольный тест»

презентация РР

карточки-инструкции «Методика ВОЗ»;

карточки (1-25 задач) для КСО.

Ход урока

1 урок

Орг.момент. Время: 3 мин.

Входной тест. Программированное задание. Время: 7 мин.

Решение задач по методике ВОЗ. Время: 30 мин.

Подведение итогов. Время: 3-5 мин.

2 урок

Выходной тест. Время: 25 мин.

Самопроверка. Время: 3 мин.

Рефлексивно-оценочный этап. Заполнение карточки учета знаний. Время: 5 мин.

Домашнее задание. Рассказ по плану «Физический закон» на 2-й закон термодинамики; сообщение «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды» . Время: 3 мин.

Подведение итогов урока. Время: 3 мин.

1. Вводно-мотивационный этап. Время: 10 мин.

дисциплина

приветствие

Цели урока (формулируют учащиеся, по желанию)

Актуализация опорных знаний: повторение изопроцессов, 1-го закона термодинамики и применение его к изопроцессам.

Программируемый контроль по теме «Изопроцессы. Уравнения состояния идеального газа».

Время выполнения: 7 мин.

Самопроверка. Время: 1 мин.

1 вариант 2 вариант

Микровывод (делают учащиеся), время: 1 мин.

2. Операционально-деятельностный этап. Время: 30 мин

Решение задач (КСО)

Карточка-инструкция: Методика ВОЗ

В режиме ИМД (индивидуально-мыслительная деятельность) выполняется задание 1,2 на одну тему, правило, закон. Их различие только в фактаже (числовые данные);

Оценка выполненной работы учителем или сильным учеником;

Взаимообучение: в чужой тетради пишу свое задание № 1, объясняя вслух его выполнение, отвечаю на вопросы того, кому объясняю;

Возвращаю тетрадь и принимаю экзамен т.е. смотрю, слушаю выполнение задания № 2 и т.п..;

Меняемся ролями, т.е. он в моей тетради пишет, объясняет свое задание и т.п.;

Взяв задание другого человека (обменялись карточками) перехожу в пару сменного состава и все повторяется сначала.

3. Выходной контрольный тест «Применение 1-го закона термодинамики к изопроцессам»

Время выполнения: 25 мин.

Контрольный тест (выходной)

Термодинамика / Внутренняя энергия идеального газа. 1 закон термодинамики и его применение к изопроцессам. Адиабатный процесс.

Вариант 1

1. Внутренняя энергия идеального газа зависит

А) от массы газа и давления.

В) от давления газа.

С) от массы газа.

D ) от объема газа.

E ) от температуры газа.

2. Формула для рассчета внутренней энергии идеального одноатомного газа

А) .

В) .

С)
.

D )
.

E ) .

3. При протекании изотермического процесса величиной, равной нулю, является

А) А´.

В) А.

С) ΔU .

D ) Q .

E ) PV .

4. При постоянном давлении 10 5 Па газ совершил работу 10 4 Дж. Объем газа при этом

А) увеличился на 1 м 3 .

В) увеличился на 10 м 3 .

С) увеличился на 0,1 м 3 .

D ) уменьшился на 0,1 м 3 .

E ) уменьшился на 10 м 3 .

5. При протекании изохорного процесса величиной, равной нулю, является

А) ΔU .

В) PV .

С) А.

D ) Q .

E ) U .

6. Дана P -V диаграмма цикла изменения состояния идеального газа. Площадь фигуры KLMN на этой диаграмме соответствует

А) работе газа в процессе расширения газа.

В) количеству теплоты, отданному газом холодильнику.

С) изменению внутренней энергии газа за цикл.

D ) работе газа за цикл.

E ) работе внешних сил при сжатии газа.

7. При постоянном давлении р объем газа увеличился на Δ V . Величина, равная произведению р ·Δ V в этом случае называется

А) работа, совершенная над газом внешними силами.

В) внутренняя энергия газа.

С) количество теплоты, полученное газом.

D ) работа, совершенная газом.

E ) количество теплоты, отданное газом.

8. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме p – V . В этом процессе

А) газ совершил работу 400 Дж.

В) работа равна нулю.

С) газ совершил работу 200 Дж.

D ) внешние силы совершили работу над газом 200 Дж.

E ) внешние силы совершили работу над газом 400 Дж.

9. Работа при адиабатном расширении идеального газа совершается за счет

А) уменьшения внутренней энергии газа.

В) полученного количества теплоты.

С) изменения давления.

D ) отданного количества теплоты.

E ) увеличения внутренней энергии газа.

10. При протекании адиабатного процесса величиной, равной нулю, является

А) А".

В) Q .

С) А.

D ) U .

E ) Δ U .

11. При изотермическом расширении идеальному газу сообщили 10 Дж тепла. Работа газа равна

А) 2,5 Дж.

В) 10 Дж.

С) 7,5 Дж.

D ) -10 Дж.

E ) 5 Дж.

12. При передаче газу количества теплоты 2 · 10 4 Дж он совершил работу, равную 5 · 10 4 Дж. Тогда изменение внутренней энергии

А )5 · 10 4 Дж.

В )- 3 · 10 4 Дж.

С ) 7 · 10 4 Дж.

D ) -2 · 10 4 Дж.

E ) 3 · 10 4 Дж.

13. Если изменение внутренней энергии составило 20 кДж, а работа, совершенная газом против внешних сил, равна 12 кДж, то газу было передано количество теплоты

А) 20 кДж.

В) 10 кДж.

С) 6 кДж.

D ) 12 кДж.

E ) 32 кДж.

14. При изотермическом процессе газу передано количество теплоты 2 · 10 8 Дж. Изменение внутренней энергии газа равно

А) 6 · 10 8 Дж.

В) 10 8 Дж.

С) 0.

D ) 4 · 10 8 Дж.

E ) 2 · 10 8 Дж.

15. Формула первого закона термодинамики для изотермического процесса (А – работа газа, А´ - работа внешних сил)

А) Q = А.

В) ΔU = Q .

С) Δ U = А" + Q .

D ) ΔU = А + А".

E ) Δ U = А´.

Вариант 2

1. Внутренняя энергия идеального газа зависит от

А) температуры и скорости движения идеального газа.

В) температуры газа и расстояния от сосуда с газом до поверхности Земли.

С) скорости движения идеального газа.

D ) температуры и объема газа.

E ) температуры идеального газа.

2. Внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры

А) остается постоянной.

В) увеличивается.

С) увеличивается или уменьшается в зависимости от объема.

D ) увеличивается или уменьшается в зависимости от давления.

E ) уменьшается.

3. При постоянном давлении 10 5 Па объем воздуха в цилиндре с поршнем увеличился на 2 дм 3 . Работа, которую совершил газ

А) 2 · 10 3 Дж.

В) 2 · 10 5 Дж.

С) 5 · 10 3 Дж.

D ) 2 · 10 2 Дж.

E ) 2 · 10 6 Дж.

4. Формула для определения работы в термодинамике

А)
.

В)
.

С)
.

D )
.

E )
.

5. Процесс, в котором газ не совершает работу

А) изобарный.

В) изотермический.

С) адиабатный.

D ) изохорный.

E ) кипение.

6. Первый закон термодинамики был открыт на основе

А ) второго закона Ньютона.

В ) первого закона Ньютона.

С ) закона сохранения энергии.

D ) закона сохранения импульса.

E ) закона взаимосвязи массы и энергии.

7. Формула первого закона термодинамики для изохорного процесса (А – работа газа, А´ - работа внешних сил)

А) А = - ΔU

В) Q = ΔU + А".

С) Q = 0.

D ) Q = ΔU

E ) Q = А.

8. Если изменение внутренней энергии системы составило 500 Дж при передаче ей количества теплоты 400 Дж, то работа внешних сил над термодинамической системой

А)
Дж.

В) –100 Дж.

С) –900 Дж.

D ) 900 Дж.

E ) 100 Дж.

9. Формула первого закона термодинамики для адиабатного процесса (А – работа газа, А´ - работа внешних сил)

А) А = - ΔU

В) Q = А.

С) Q = 0.

D ) Q = ΔU

E ) Q = ΔU + А".

10. Соотношение между отдаваемым количеством теплоты Q и работой А, совершаемой над идеальным газом при изотермическом процессе, имеет вид

А) Q = -А.

В) Q = 0; А < 0.

С) Q < А.

D ) Q > А.

E ) Q = 0; А > 0.

11. Адиабатный процесс – процесс при котором система

А ) остается неизменной.

В ) принимает температуру окружающей среды.

С ) получает тепло.

D ) отдает тепло.

E ) не получает и не отдает тепло.

12. Над телом совершена работа А внешними силами и телу передано количество теплоты Q . Изменение внутренней энергии Δ U тела равно

А) Δ U = А + Q .

В) Δ U = Q - А.

С) Δ U = А.

D ) Δ U = А - Q .

E ) Δ U = Q .

13. При адиабатном расширении газа выполняется условие (А – работа газа, А" – работа внешних сил)

А) А = 0.

В) Q = 0.

С) Q = А".

D ) А" = 0

E ) Q = -А.

14. Идеальный газ совершил работу 8 Дж и получил количество теплоты 5 Дж. Внутренняя энергия газа

А) увеличилась на 13 Дж.

В) уменьшилась на 3 Дж.

С) увеличилась на 3 Дж.

D ) уменьшилась на 13 Дж.

E) не изменилась.

15. В некотором процессе газ совершил работу, равную 2 МДж, а его внутренняя энергия по сравнению с первоначальным состоянием уменьшилась на 3 МДж. При этом газ передал в окружающую среду количество теплоты, равное

А ) 1 МДж.

В ) 2 МДж.

С ) 4 МДж.

D ) 3 МДж.

E ) 5 МДж.

Взаимопроверка. Время: 3 мин.

Соседи обменялись листочками с ответами и по коду проверили друг друга

Вариант 1

Вариант 2

Критерии оценивания:

«5» - 14-15 баллов;

«4» - 12-13 баллов;

«3» - 9-11 баллов;

«2» - 8 и меньше баллов

Рефлексия

Достигли ли вы поставленной цели на уроке?

Выставьте себе баллы:

5 баллов – все понял и могу объяснить другому;

4 балла – все понял, но объяснить не берусь;

1-3 балла – для полного понимания надо повторить;

0 баллов – я ничего не понял.

Домашнее задание.

Рассказ по плану «Физический закон» на второй закон термодинамики;

Сообщения по темам: «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды», «Вечные двигатели»;

Зачет «Термодинамика».