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

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

Цели:

1. Продолжить формирование умений устанавливать закономерности, анализировать изучаемый материал и делать выводы, применять знания в конкретных ситуациях;

2. Активизировать познавательный интерес учащихся к предмету.

Познавательный (образовательный) аспект:

• Продолжить освоение следующих специальных понятий: 1 закон термодинамики, применение 1 закона термодинамики к изопроцессам, на уровне воспроизведения, применения по образцу и творческого применения.

• Углубить представления о таких понятиях, как идеальный газ, внутренняя энергия, изменение внутренней энергии, количество теплоты, работа внешних сил, работа газа.

• Формировать специальные умения и навыки: навык грамотного выполнения математических записей.

• Расширить понимание знаний и отношений: связь изменения внутренней энергии тела с изменением температуры, соотношением между работой внешних сил и работой газа, поглощение и выделение тепла, связь между изменением внутренней энергии с работой, совершенной над системой и количеством теплоты.

• Расширить представление о молекулярно кинетической теории, уравнении состояния идеального газа, уравнении изменения внутренней энергии одноатомного и двухатомного газа.

• Продолжить формирование общеучебных умений и навыков: умения работать с учебными материалами, умения планировать, контролировать ход своей деятельности, умения работать во времени, умения работать со справочными материалами, умения осознанного чтения, умения находить рациональные пути выполнения работы, умения применять свои знания и навыки по математике при самостоятельном изучении темы «Решение задач на применение 1 закона термодинамики».

Развивающий аспект:

• Продолжить формирование научного, теоретического и диалектического мировоззрения.

• Продолжить формирование знаний о процессе научного познания.

• Продолжить формирование представлений об единой физической картине мира, материальности мира.

• Развивать умение логически мылить, умение анализировать и систематизировать знания, делать вывод при самостоятельном «Решении задач на применение 1 закона термодинамики».

• Развивать память, воображение, концентрацию внимания, наблюдательность.

• Развивать осмысленную самостоятельность.

Воспитательный аспект:

• Продолжить формирование мировоззренческих позиций.

• Продолжить формирование умения критично оценивать результаты.

• Продолжить формирование сознательной дисциплины.

• Продолжить формирование системы нравственных ценностей (настойчивости, целеустремленности, трудолюбия), формирование отношений к себе, одноклассникам.

Тип урока: урок закрепления знаний.

Ход урока

1. Актуализация знаний

• Вопросы для повторения

Внутренняя энергия - это сумма кинетической энергии хаотического движения всех частиц, входящих в состав данного тела, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

2. Как изменяется внутренняя энергия твердого тела при: а) нагревании;

3. б) охлаждении; в) плавлении?

а) увеличивается;

б) уменьшается;

в) увеличивается (за счет увеличения энергии взаимодействия молекул).

4. Какие вы знаете способы изменения внутренней энергии?

Внутреннюю энергию тела можно изменить посредством теплопередачи, то есть без совершения работы (при контакте тел различной температуры), а также посредством совершения работы.

5. Вы подержали в руке монету, и она нагрелась. Каков был в этом случае способ изменения внутренней энергии монеты?

Изменение посредством теплопередачи, то есть без совершения работы (при контакте тел различной температуры)

6. Что такое количество теплоты? Какова единица количества теплоты?

Количество теплоты, получаемое телом - энергия, передаваемая телу извне в результате теплообмена. Единица измерения - Джоуль.

7. Сформулируйте первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии тела равно сумме количества теплоты, переданного телу, и работы, совершенной над телом: U=Q + А. Другая формулировка: количество теплоты, переданное телу, равно сумме изменения внутренней энергии тела и работы, совершенной телом: Q= U + A'

8. Какой раздел физики называют термодинамикой?

Термодинамика - раздел физики, изучающий общие законы тепловых явлений.

9. Какой процесс называют адиабатным?

Процесс, происходящий без теплопередачи.

А= - U

10. Как связано переданное телу количество теплоты с изменением внутренней энергии тела при изохорном процессе?

U=Q

Внутренняя энергия изменяется посредством теплопередачи.

11. Изменяется ли внутренняя энергия идеального газа при изотермическом процессе, когда давление увеличивается?

Q = А

Внутренняя энергия не изменяетсяU=0.

• </ Заполни таблицу правильно! Задания с использованием интерактивной доски

2. Решение графических задач

Определите знак работы

3. Решение расчетных задач

1. При изотермическом расширении идеальным газом совершена работа 15 кДж. Какое количество теплоты сообщено газу?

Дано:

А =15кДж=1,5∙10⁴Дж

Т = const

Найти: Q ?

Решение:

При изотермическом процессе (Т = const) внутренняя энергия газа не меняется, то есть

∆ U= 0. Тогда газ совершает механическую работу за счет сообщенного ему количества теплоты: Q = А. Таким образом, газу сообщено количество теплоты, равное

Q = 1,5∙10⁴Дж= 15кДж

Ответ: Q= 15 кДж.

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

Дано:

∆ U= 500 Дж

Найти: Q ? А ?

Решение:

Газ находится в закрытом баллоне, следовательно, объем газа не меняется, то есть V = const и ∆ U= 0.

Газ работу не совершает, т. к. А = p∆V A= 0.

Тогда при изменении внутренней энергии газ отдает количество теплоты, равное Q =500 Дж (знак «» показывает, что газ выделяет количество теплоты).

Ответ: Q = 500 Дж; А = 0.

Дано:

m = 0,5 кг

V = const

∆ t = 15С

∆ Т = 15⁰К

С_р = 920 Дж/кг∙°К

Найти: ∆ U ?

Решение:

Согласно первому закону термодинамики: ∆ U = Q + А Работа газа А = p ∆V = 0, т. к. V = const, ∆ U= 0. То есть ∆ U= Q - внутренняя энергия газа увеличилась за счет получения количества теплоты.

Количество теплоты, полученное кислородом:

Q = C_pm∆ Т

где С_p - удельная теплоемкость кислорода при постоянном давлении (находят из таблиц).

Следовательно, ∆ U = C_p ∙m ∙∆ Т;

∆ U = 920 Дж/кг∙°К ∙ 0,5 кг ∙15⁰К = 6900 Дж.

Ответ: ∆ U = 6900 Дж = 6,9 кДж.

3. Вычислите увеличение внутренней энергии кислорода массой 0,5 кг при изохорном повышении его температуры на 15 °С.

4. В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой 0,3 кг при температуре 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу 6705 Дж. Определите изменение внутренней энергии азота и его температуру после расширения.

Дано:

m = 0,3 кг

V = const

А' = 6705Дж

С_v = 745 Дж/кг∙°К

Найти: ∆ U ?

T₂ ?

Решение:

Расширение азота происходит в теплоизолированном цилиндре, поэтому Q = 0 нет теплообмена с окружающей средой и первый закон термодинамики примет вид: ∆ U = А = А', где А - работа внешних сил, А' - работа системы.

Следовательно, внутренняя энергия газа при расширении уменьшается на 6705 Дж, т. е. ∆ U = 6705 Дж. Так как мерой изменения внутренней энергии является количество теплоты, то ∆ U = C_v ∙m ∙∆ Т =C_v ∙m ∙(Т₂ Т₁)

∆ U = C_v ∙m ∙Т₂ C_v ∙m ∙Т₁

Т₂ =

Ответ: ∆ U = - 6705 Дж ; Т₂ = 263 °К; t₂ = 10С

5. В цилиндре под поршнем находится 1,25 кг воздуха. Для его нагревания на 4°С при постоянном давлении было затрачено 5 кДж теплоты. Определите изменение внутренней энергии воздуха, молярная масса которого 0,029 кг/моль.

Ответ: ∆ U = 3567 Дж = 3,567 кДж

6. Для изобарного нагревания газа, количество вещества которого 400 моль, на 300 ⁰К ему сообщили количество теплоты 5,4 МДж. Определите работу газа и приращение его внутренней энергии.

Ответ: А' = 9,972 ∙10⁶ Дж; ∆ U = 4,4 МДж

4. Проверка полученных знаний.

5. Домашнее задание: упр. 15 (2,3,8)