1закон термодинамики

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:

.

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.

1. 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:

Путь размышления – это путь самый благородный,

Путь подражания – это путь самый легкий,

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.

1. 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.

1. Поисково - исследовательский этап.

Устный опросу доски.

1. Внутренняя энергия.

2. 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

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

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

3. Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды.

4. Вычислите изменение внутренней энергии воды.

5. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь и на доске.

6. 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?

1. 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);

1. 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).

(слайд15)

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).

1. 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)

1. Б 2. В 3. Г 4. В

2. 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.

После выполнения работы в группах идет проверка у доски.

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

1. Этап закрепления.(Слайд 18)

1. 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

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:

Задачи

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.

8

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)

Подпись учителя.

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 .

переданная через границы системы теплота

Изменение внутренней энергии системы

совершенная над системой работа

+

=

 U = Q + А

Дж

Дж

Дж

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

А = 0

Q = 0

  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 ?

Как формулируется первый закон термодинамики ?

Можно ли сказать: система обладает запасом количества теплоты?

Можно ли сказать: система обладает запасом количества теплоты?

Δ

Можно ли сказать: система обладает внутренней энергией?

Можно ли сказать: система обладает внутренней энергией?

Почему невозможно создать вечный двигатель?

В 1775 г. Парижская академия наук

считая неосуществимыми проекты вечных двигателей, постановила не рассматривать их .

Первый закон термодинамики и изопроцессы

Q = A

Изотермический

Q = ΔU + A

Изобарный

ΔU = Q

Изохорный

ΔU = A

Адиабатный

Информация о домашнем задании

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

• Спасибо!