Урок физики первый закон термодинамики. Дидактическая цель: сформулировать первый закон термодинамики и рассмотреть его применение при различных процессах. Просмотр содержимого презентации «презентация»

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.

Цели урока:

образовательные:

развивающие:

воспитательные:

Оборудование к уроку: на каждом столе пробирка с холодной водой, термометр, бумага, теплоприёмник, жидкостной манометр, бланки с заданиями, мультимедийный проектор, ПК, экран.

Ход урока

1. Организационный момент. Приветствие, готовность к уроку.

2. Актуализация опорных знаний.

Учащиеся выполняют тестовые задания по вариантам.

Вариант 1

1. Броуновское движение - это:

А) тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц;

Б) хаотическое движение взвешенных в жидкости частиц;

В) упорядоченное движение молекул жидкости;

Г) упорядоченное движение взвешенных в жидкости частиц.

2. Какая из приведённых ниже формул позволяет рассчитать среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул газа: А) p=nkT; Б) E=3/2kT; В) p=1/3m 0 nv 2

3. Как изменится давление идеального газа при увеличении абсолютной температуры в 2 раза и объёма в 2 раза? (масса газа не изменяется)

А) увеличится в 4 раза; Б) уменьшится в 4 раза; В) не изменится; Г) увеличится в 2 раза.

4. Процесс изменения термодинамической системы при постоянном давлении называют: А) изотермическим; Б) изохорным; В) изобарным.

5. Какое выражение соответствует закону Бойля-Мариотта:

А) V/T = const; Б) pV = const; В) p/T = const; Г) pT = const.

6. На рисунке график зависимости p(V), m = const. Какой процесс изменения газа изображён на рисунке?

А) изотермическое расширение; Б) изобарное расширение; В) изобарное сжатие; Г) изохорное нагревание.

Вариант 2

1. Какое из следующих положений противоречит основам МКТ:

А) вещество состоит из молекул;

Б) молекулы вещества движутся беспорядочно;

В) все молекулы взаимодействуют друг с другом;

Г) все молекулы вещества имеют одинаковые скорости.

2. Какая из приведённых ниже формул позволяет вычислить число частиц:

А) N=vN а; Б) v=m/M; В) p=nkT.

3. Как изменится давление идеального газа, если число молекул газа и его объём увеличится в 2 раза, а температуру оставить неизменной?

А) увеличится в 2 раза; Б) уменьшится в 2 раза; В) увеличится в 4 раза; Г) не изменится.

4. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа равна:

А) U=mRT/M; Б)U=m|M N а; В) U=3|2 v RT; Г) U=V|m RT.

5. Газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало, называется:

А) реальным; Б) абсолютным; В) идеальным; Г) свободным.

6. На рисунке график зависимости p(Т), m=const. Какой процесс изменения газа изображён на рисунке?

А) изохорное нагревание; Б) изохорное охлаждение; В) изотермическое расширение;

Г) изобарное расширение.

3. Фронтальный опыт "Изменение внутренней энергии тела при совершении работы". Приложение Слайд 2.

Приборы и материалы: пробирка химическая, термометр лабораторный, цилиндр измерительный с холодной водой, лист бумаги.

Порядок выполнения работы:

1.Налейте в пробирку 10мл воды и измерьте её температуру.

2.Закройте пробирку пробкой (или большим пальцем если нет пробки) и заверните в бумагу. Энергично встряхивайте воду в пробирке в течение 40 секунд (время заметьте по секундомеру в часах или мобильном).

3.Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды.

4.Ответьте на вопросы:

а) Как изменилась внутренняя энергия воды во время опыта?

б) Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте?

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

г) Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершённой работы?

4. Изучение новой темы

К середине 19 века многочисленные опыты показали, что механическая энергия никогда не пропадает бесследно. Приложение Слайд 3

Нагревание тела может происходить без сообщения ему какого либо количества теплоты, а только за счет совершения работы.. В больших масштабах такое явление наблюдал в 1798 г. Б. Румфорд. При сверлении пушечного ствола, которое производили с помощью лошадей, вращавших большое сверло, Румфорд успевал вскипятить поставленный на ствол котел с водой. Румфорд предположил, что вода нагревается в процессе совершаемой при сверлении работы.

Как используя сухие кусочки дерева, можно добыть огонь, т. е. нагреть дерево до температуры, превышающей температуру его воспламенения?

Повышение температуры тела может быть вызвано как совершением работы, так и передачей количества теплоты. Приложение Слайд 4.

Закон сохранения энергии в механике:

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. (Падает, например, молот на кусок свинца и свинец нагревается - потенциальная энергия молота переходит в кинетическую, затем механическая энергия превратилась во внутреннюю энергия тела).

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

Приложение Слайд 5.

В термодинамике рассматриваются тела, положение центра тяжести которых практически не меняется. Механическая энергия таких тел остаётся постоянной, изменяться может лишь внутренняя энергия каждого тела. Первый закон термодинамики был открыт в середине 19 века немецким учёным врачом Майером (1814-1878), английским учёным Д. Джоулем(1818 - 1889) и получил наиболее точную формулировку в трудах немецкого учёного Г Гельмгольца (1821-1894).

В общем случае при переходе системы из одного состояния в другое внутренняя энергия изменяется одновременно как за счёт совершения работы, так и за счёт передачи теплоты.

Первый закон термодинамики: Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе:

Если система изолирована (замкнутая) то есть над ней не совершается работа (А=0) и она не обменивается теплотой с окружающими телами (Q=0). То в этом случае согласно первому закону термодинамики U=0 (U 1 = U 2).

Внутренняя энергия изолированной системы остаётся неизменной (сохраняется).

Учитывая, что A / = - А, получим Q=A / + U

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

5.Формирование умений и навыков: Приложение Слайд 6

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 в этом процессе?

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

Приложение Слайд 7

4. Идеальный газ совершил работу, равную 300 Дж. При этом его внутренняя энергия

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) Приложение Слайд 8.

Можно ли создать устройство “Вечный двигатель”?

Невозможность создания вечного двигателя - устройства, способного совершать неограниченное количество работы без затрат топлива или каких-либо других материалов. Если к системе не поступает теплота (Q=0), то работа A / согласно первому началу термодинамики Q=A / + U может быть совершена только за счёт убыли внутренней энергии: A / = - U. После того как запас энергии окажется исчерпанным, двигатель перестанет работать.

Нельзя говорить, что в системе содержится определённое количество теплоты или работы. Как работа, так и количество теплоты являются величинами, характеризующими изменение внутренней энергии системы в результате того или иного процесса, и выражаются эти величины в джоулях. Внутренняя энергия системы может изменится одинаково как за счет совершения системой работы, так и за счёт передачи окружающим телам какого-либо количества теплоты. Например, нагретый воздух в цилиндре может уменьшить свою энергию остывая, без совершения работы. Но может потерять точно такое же количество энергии, перемещая поршень, без отдачи теплоты окружающим телам. Для этого стенки цилиндра и поршень должны быть теплонепроницаемыми.

Вывод: Невозможно создать “вечный двигатель”!

6. Подведение итогов. Домашнее задание. § 56 задачи № 3, 4.

Цели урока:

углубить знания об изопроцессах, отработать навыки решения задач по данной теме, развивать коммуникативные умения, навыки, учить самооценке.

Ход урока

Подготовка к работе в группах.

Работа с классом (устно).

Что называется внутренней энергией?

Как можно изменить внутреннюю энергию газа?

Как определить количество теплоты, необходимое для нагревания тела?

Написать уравнение теплового баланса для трех тел.

Когда количество теплоты отрицательно?

Как определить работу газа при расширении?

Чем отличается работа газа от работы внешних сил?

Сформулировать первый закон термодинамики для работы внешних сил.

Сформулировать первый закон термодинамики для работы газа.

Применение первого закона термодинамики к изохорному процессу.

Применение первого закона термодинамики к изобарному процессу.

Применение первого закона термодинамики к изотермическому процессу.

Какой процесс называется адиабатным?

Применение первого закона термодинамики к адиабатному процессу.

Работа в группах.

Каждая группа получает лист, на котором указаны теоретические задания и задачи. Теоретическая часть содержит пять вопросов. Группа берет для подготовки к ответу вопрос, соответствующий ее номеру. В практической части содержится десять задач по две на каждую из указанных тем в теории. Задачи расположены беспорядочно. Это означает, что учащиеся должны сначала найти задачи, соответствующие их теоретическому вопросу, затем решить. Дополнительные данные для решения задач берутся из справочников.

После окончания работы групп вызываются по два ученика по очереди от каждой группы: один отвечает теорию, другой пишет краткое условие одной задачи на доске. (Другая задача этой группы может быть проверена выборочно на этом же уроке или на следующем.) Отвечать теорию и объяснять задачи должны уметь все члены группы; поощряется использование дополнительного материала в теоретической части.

Задачи в тетрадях пишут все ученики.

Четкая организация работы приводит к активной деятельности всех ребят. Координаторы групп в конце урока сдают листы, на которых отмечают вклад членов группы в ее работу.

Деятельность групп и отдельных учеников окончательно оценивает учитель.

Образец листа.

Теоретическая часть

1. Изохорный процесс.

2. Изотермический процесс.

3. Изобарный процесс.

4. Адиабатный процесс.

5. Теплообмен в замкнутой системе.

Практическая часть

1. В цилиндре под поршнем находится 1.25 кг воздуха. Для его нагревания на 40С при постоянном давлении было затрачено 5 кДж теплоты. Определите изменение внутренней энергии газа.

2. 0,02 кг углекислого газа нагревают при постоянном объеме. Определите изменение внутренней энергии газа при нагревании от 200С до 1080С (с = 655 Дж/(кг К)).

3. В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой 0,3 кг при температуре 200С. Азот, расширяясь, совершает работу 6705 Дж. Определите изменение внутренней энергии азота и его температуру после расширения (с = 745 Дж/(кг К)).

4. Газу сообщают количество теплоты, в результате чего он изотермически расширяется от объема 2 л до объема 12 л. Начальное давление равно 1,2 106 Па. Определите работу, совершенную газом.

5. В стеклянную колбу массой 50 г, где находилось 185 г воды при 200С, вылили некоторое количество ртути при 1000С, и температура воды в колбе повысилась до 220С. Определите массу ртути.

6. 1,43 кг воздуха занимают при 00С объем 0,5м3. Воздуху сообщили некоторое количество теплоты и он изобарно расширился до объема 0,55м3. Найти совершенную работу, количество поглощенного тепла, изменения температуры и внутренней энергии воздуха.

7. В цилиндре под поршнем находится 1,5 кг кислорода. Поршень неподвижен. Какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы его температура повысилась на 80С? Чему равно изменение внутренней энергии? (сv= 675 Дж/(кг К))

8. В цилиндре под поршнем находится 1,6 кг кислорода при температуре 170С и давлении 4·105 Па. Газ совершил работу при изотермическом расширении 20Дж. Какое количество теплоты сообщено газу? Чему равно изменение внутренней энергии газа? Каков был первоначальный объем газа?

9. Сколько теплоты выделится при конденсации 0,2 кг водяного пара, имеющего температуру 1000С, и при охлаждении полученной из него воды до 200С?

10. Цилиндр с газом помещен в теплонепроницаемую оболочку. Как будет изменяться температура газа, если постепенно увеличивать объем цилиндра? Чему равно изменение внутренней энергии газа, если будет совершена работа над газом 6000 Дж?

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.

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
Этап урока	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 .