Урок физики в 10-м классе по теме "Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам в газах"

Цели урока:

• Изучить закон сохранения энергии, распространённый на тепловые

явления - первый закон термодинамики.

• Познакомиться с историей открытия закона.

• Рассмотреть изопроцессы в газах с энергетической точки зрения,

применив к ним первый закон термодинамики.

• Дать понятие адиабатического процесса.

• развивать познавательную деятельность учащихся через систему учебных заданий.

Задачи урока:

• активизировать познавательный интерес учащихся к предмету;

• дифференцировать деятельность учащихся по содержанию темы и видам;

• направить поисковую деятельность учащихся на решение комплекса

внутрипредметных учебных проблем используя проблемно-интегративный подход к обучению

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Предоставление учителем учащимся устной информации по теме.

3. Информация учащегося по заранее заданной проблеме.

4. Проблематизация учащихся на основе полученной информации.

5. Повторение изученного материала через фронтальную беседу с сопровождением записями на доске.

6. Информация учащегося по заранее заданной проблеме (адиабатный процесс)

7. Закрепление изученного на уроке материала через решение задач.

8. Итог урока.

1. Организационный момент (проверка отсутствующих).

2. Предоставление учителем учащимся устной информации по теме.

Закон сохранения энергии. 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).

3. Информация учащегося по заранее заданной проблеме.

Доклад «История открытия закона сохранения энергии» - Пашечко Ек.

4. Проблематизация учащихся на основе полученной информации.

Первый закон термодинамики.

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.

В общем случае при переходе системы из одного состояния в другое внутренняя энергия изменяется одновременно как за счет со­ления работы, так и за счет передачи теплоты. Первый закон термодинамики формулируется именно для таких общих случаев:

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.

Невозможность создания вечного двигателя.

Из первого закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигате­ля - устройства, способного совершать неограниченное количество работы без затрат топлива или каких-либо других материалов. В истории физики есть множество примеров создания вечных двигателей. Подробнее нам расскажет Ховрич Саша.

5. Повторение изученного материала через фронтальную беседу с сопровождением записями на доске.

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ

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=U₂-U_l<0, изменение внутренней энергии отрицательно и внутренняя энергия газа умень­шается.

Изобарный процесс.

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

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.

6. Информация учащегося по заранее заданной проблеме (адиабатный процесс).

Доклад «Применения адиабатного процесса» - Немченко Игорь.

7. Закрепление изученного на уроке материала через решение задач.

Для закрепления полученных знаний решим несколько задач.

1. Давление газа 8 МПа. При изобарном расширении объем газа увеличился на 0,5 м³ при сообщении ему 6 МДж тепла. Найти изменение внутренней энергии.

2. Какое количество теплоты необходимо для изохорного нагревания гелия массой 4 кг на 100 К?

8. Подведение итогов урока.