Методическая разработка открытого урока по теме: Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ДОНЕЦКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЛИЦЕЙ АВТОТРАНСПОРТА»

Методическая разработка

открытого урока по теме:

Применение первого закона термодинамики

к изопроцессам»

ОДП.018 Физика

Специальность: 23.01.08 Слесарь по ремонту строительных машин

Донецк-2017г.

Подготовила Кинаш Ирина Михайловна, методист, преподаватель физики ГПОУ «Донецкий профессиональный лицей автотранспорта», специалист высшей категории

Методическая разработка содержит материалы для проведения открытого урока по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» в форме игры « Морское путешествие » с использованием нетрадиционных форм и методов обучения, в сочетании с элементами мультимедийных технологий.

Рекомендовано для преподавателей физики образовательных учреждений среднего профессионального образования.

Рецензенты: Кашук Е.Б. – преподаватель физики ГПОУ «Донецкий центр профессионально-технического образования строительства и архитектуры», специалист высшей категории, преподаватель-методист

Свиридова Е.А. – заместитель директора по УПР ГПОУ «Донецкий профессиональный лицей автотранспорта», специалист высшей категории

Рассмотрено и одобрено на заседании педагогического совета

Протокол № 1 от 31. 08. 2017 г.

Содержание

Пояснительная записка 4

1. Методические рекомендации к нестандартному уроку 5

2. План-конспект урока 6

3. Приложение 1. Тестирование 14

Список исользованной литературы 15

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методическая разработка открытого урока по дисциплине ОДП.18 Физика по теме «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» разработана с целью проведения нетрадиционного урока со студентами в образовательном учреждении СПО.

Применение нетрадиционных форм, в частности игры – это мощный стимул в обучении, это разнообразная и сильная мотивация. Посредством таких занятий гораздо активнее и быстрее происходит возбуждение познавательного интереса, отчасти потому, что человеку по своей природе нравится играть, другой причиной является то, что мотивов в игре гораздо больше, чем у обычной учебной деятельности.

Открытый урок на тему «Применение первого закона термодинамики к изопроцессам» подготовлен в форме игры «Морское путешествие». На этапе актуализации опорных знаний обучающиеся повторяют определения и буквенные обозначения физических величин, изучаемых в главе «Основы термодинамики». Формулируют газовые законы и первый закон термодинамики, подходя к цели урока. На этапе целеполагания обучающиеся самостоятельно формулируют цель урока, исходя из имеющихся знаний.

Ключевое место в уроке занимает составление ментальной карты. Ментальные карты — это техника визуализации мышления. Ментальные карты используют все возможные способы, чтобы активировать восприятие посредством разнообразия: разная толщина линий, разные цвета ветвей, точно выбранные ключевые слова, которые лично для вас являются значимыми, использование образов и символов. Техника ментальных карт помогает не только организовать и упорядочить информацию, но и лучше воспринять, понять, запомнить и проассоциировать ее.

Устанавливая соответствия изопроцессов, обучающиеся подходят к содержанию темы урока.

В ходе урока, двигаясь по островам, обучающиеся формулируют первый закон термодинамики для каждого изопроцесса. Выполняют задания по решению практических задач на применение этого закона.

На этапе закрепления нового материала обучающимся предлагается выполнить тест и осуществить самопроверку, далее по пятибалльной шкале оценить свои знания.

Данная методическая разработка рекомендуется для проведения нестандартных уроков по данной теме при аналогичном тематическом планировании.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОВЕДЕНИЮ НЕСТАНДАРТНОГО УРОКА

Данный урок входит в раздел «Основы термодинамики» рабочей программы; тема «Молекулярная физика. Тепловые явления». Раздел «Основы термодинамики» рассчитан на 12 часов. Данный урок является логическим продолжением предыдущего урока, на котором студенты узнали новые понятия «первый закон термодинамики», «адиабатный процесс».

Тема урока: Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

Цель урока: Установить связь между изменениями внутренней энергии, работы и количеством теплоты для изопроцессов.

Задачи урока:

1) образовательные задачи:

углубление, обобщение и систематизация знаний по первому закону термодинамики;

применение полученных знаний при решении качественных и расчетных задач;

2) воспитательные задачи:

формирование активной жизненной позиции;

формирование информационной культуры;

3) развивающие задачи:

развитие алгоритмического мышления, памяти, внимания;

развитие умения применять знания на практике;

развитие умений действовать самостоятельно;

Мотивация учебной деятельности:

Притча «Однажды молодой человек пришел к мудрецу. Каждый день по пять раз я произношу фразу: «Я принимаю радость в мою жизнь». Но радости в моей жизни нет. Мудрец положил перед собой ложку, свечу и кружку и попросил «Назови, что ты выбираешь из них». «Ложку», - ответил юноша. Произнеси это 5 раз» «Я выбираю ложку», послушно произнес юноша 5 раз. «Вот видишь, - сказал мудрец, повторяй хоть миллион раз в день, она не станет твоей. Надо…» Что же надо? Надо протянуть руку и взять ложку. Вот и вам сегодня надо взять свои знания о первом законе термодинамики и применить их к изопроцессам .

1. ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

Дата проведения: 22.02.2017 г.

Группа: №101

Профессия: 23.01.08 «Слесарь по ремонту строительных машин»

Тема: Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

Цель урока: Установить связь между изменениями внутренней энергии, работы и количеством теплоты для изопроцессов; применять полученные знания при решении задач.

Задачи урока:

1) образовательные: обобщить и систематизировать знания по первому закону термодинамики; показать применение полученных знаний при решении качественных и расчетных задач;

2) воспитательные: продолжить формирование активной жизненной позиции, формирование информационной культуры;

3) развивающие: продолжить развитие алгоритмического мышления, памяти, внимания; развитие умения применять знания на практике; развитие навыков самостоятельной деятельности.

Тип урока: урок комплексного применения знаний.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор.

Ход урока:

2.1. Организационная часть 1 мин.

2.1.1. Взаимное приветствие преподавателя и студентов

2.1.2. Отметка отсутствующих в журнале

2.1.3. Проверка готовности к занятию студентов, аудитории

2.2. Мотивация учебной деятельности 1 мин.

2.2.1. Вступительное слово преподавателя

Здравствуйте, ребята. Мы собрались сегодня в этом кабинете на необычный урок физики. Сегодня я хочу пригласить вас в интересное морское путешествие. Предлагаю совершить путешествие по островам вместе с гостями нашего урока. А каким оно будет, зависит от того, как хорошо вы владеете знаниями темы «Термодинамика», которую мы сейчас изучаем.

2.2.2. Сообщение темы, цели, плана занятия.

Эмоционально – психологический настрой на занятие

2.3. Актуализация опорных знаний. 5мин.

Прежде чем отправиться в дальнее плавание, нам нужно собрать чемодан. Возьмем с собой только самое необходимое.

Вопросы: 1.Вспомним, какой раздел физики мы изучаем? (Ответ: Основы термодинамики).

2. Что изучает этот раздел? (Ответ: наука о наиболее общих свойствах макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями)

Задание: выбрать из предложенных буквенных обозначений физических величин и законов те, которые характеризуют тему «Термодинамика».

T, p, m, M, R = 8.31 Дж/(моль·К), V,

A, Q, ΔU, A' (лишние F = ma, I, a, Fупр)

pV=const при T=const ,

V/T=const при p=const

p/T=const при V=const

Как вы уже заметили, красным цветом написаны газовые законы: изотермический, изобарный, изохорный.

Вопрос: А что можно получить, если собрать формулу из фиолетовых букв? (Ответ: первый закон термодинамики ΔU= A+ Q – изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе).

2.4 Проведение игры 25 мин.

2.4.1 Постановка цели и задач урока.

Вопрос: Как вы думаете, ребята, какова же цель нашего путешествия? (Ответ: применить первый закон термодинамики к различным изопроцессам).

То есть мы должны установить связь между изменениями внутренней энергии, работы и количества теплоты для изопроцессов.

2.4.2 Составление ментальной карты.

Вопрос: Ребята, подумайте, без чего ни один моряк не решится отправиться в дальнее плавание? (Ответ: без карты).

Конечно же, без карты! Давайте и мы нарисуем карту, которая поможет нам не заблудиться в нашем путешествии.

Инструкция: Возьмите лист бумаги и напишите в центре одним словом главную тему, которой посвящена карта. Заключите ее в замкнутый контур.

От центральной темы рисуйте ветви и располагайте на них ключевые слова, которые с ней связаны. Продолжайте расширять карту, добавляя к уже нарисованным ветвям подветви с ключевыми словами, пока тема не будет исчерпана.

Далее студенты демонстрирует свою карту с комментариями

Преподаватель: Итак, багаж собран, карта нарисована, отправляемся в путешествие!

2.4.3 Повторение уравнений изопроцессов путем установления соответствия.

Преподаватель: Перед вами три острова: о. Бойля-Мариотта, о. Гей-Люссака, о. Шарля. Установите соответствие уравнения изопроцесса названию закона и графику данного изопроцесса.

Итак, мы приплыли на первый остров Бойля-Мариотта. Вспомним формулу, как найти изменение внутренней энергии. Т.к. температура газа не меняется, то ΔU=0; переданное газу количество теплоты идет на совершение газом работы.

Изотермический процесс: T= const.

А) изотермическое сжатие.

Для изотермического процесса T= const, T=0, а значит U= 3/2 v RT=0 (внутренняя энергия не изменяется). Над газом совершается работа А0, а тепло выделяется Q

Первый закон термодинамики (U=A+Q) выглядит так: Q= A'

Над газом совершается работа, при этом газ выделяет тепло во внешнюю среду (внутренняя энергия не изменяется).

Б) изотермическое расширение.

Для изотермического процесса T=const, T=0, а значит U=0 (внутренняя энергия не изменяется). Газ совершает работу А0).

2.4.4 Задача. В изотермическом процессе газу было передано 150 Дж теплоты. Какую работу совершил газ в этом процессе? Как изменилось его давление, если объём увеличился в 2 раза?

Преподаватель: Молодцы, мы с вами выяснили, как ведет себя первый закон термодинамики при изотермическом процессе, и можем плыть дальше.

Остров Гей-Люссака. ΔU= A+ Q - газ совершает работу. Передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.

Изобарный процесс. Р=const

А) изобарное нагревание.

При изобарном нагревании температура увеличивается (T0), внутренняя энергия увеличивается (U0), газ совершает работу, тепло поглощается.

Газ получает тепло из внешней среды. Полученная таким образом энергия тратится на увеличение внешней энергии и на совершение работы.

Б) изобарное охлаждение.

При изобарном охлаждении температура уменьшается (T

Над газом совершается работа, при этом газ выделяет тепло во внешнюю среду, а его внутренняя уменьшается.

Первый закон термодинамики выглядит так: Q= ΔU+ рΔV.

Задача: Для изобарного нагревания 800 моль газа на 500 К газу сообщили количество теплоты 9,4 МДж. Определите работу газа и изменение его внутренней энергии.

Вопрос: Что мы сделали на этом острове? (Ответ: Выяснили, как ведет себя первый закон термодинамики при изобарном процессе).

Молодцы, и мы можем плыть дальше.

Остров Жан Шарля. ΔU= A+ Q. При изохорном процессе объем газа не меняется, и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии газа равно количеству переданной ему теплоты.

Изохорный процесс. Y=const; делится в свою очередь на два процесса:

А) изохорное нагревание.

При изохорном нагревании (T0), внутренняя энергия увеличивается (U0), работа A=РхV равна 0, т.к. V=0, а тепло поглощается (Q0).

Первый закон термодинамики выглядит так:

Газ увеличивает свою внутреннюю энергию за счет теплоты, полученной из внешней среды.

При изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает работу. Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами.

Б) изохорное охлаждение.

При изохорном охлаждении (T

(U

Газ выделяет тепло во внешнюю среду; при этом его внутренняя энергия уменьшается.

Задача: При охлаждении идеальный газ, находящийся в герметическом сосуде, передал окружающим телам 200 Дж теплоты. Найдите температуру газа в конце процесса, если сначала его температура была равна 200˚С. Количество вещества в сосуде 5 моль.

Молодцы, ребята, вы хорошо справились с предложенными заданиями! Мы завершаем наше путешествие. Давайте еще поговорим об одном процессе.

Адиабатный процесс. Адиабатный процесс - термодинамический процесс в теплоизолированной системе.

Теплоизолированная система - система, не обменивающаяся энергией с окружающими телами.

А) адиабатное сжатие.

П ри адиабатном сжатии температура увеличивается (T0), внутренняя энергия увеличивается (U0), над газом совершается работа А0, а количество теплоты равно нулю.

Первый закон термодинамики выглядит так:

Над газом совершается работа, при этом внутренняя энергия газа увеличивается.

Б) адиабатное расширение.

При адиабатном расширении температура уменьшается (T

Газ совершает работу только за счет своей внутренней энергии. Внутренняя энергия при этом уменьшается.

Вопрос: Давайте вместе подумаем, достигли ли мы цели нашего путешествия? Вспомним, что мы делали, находясь на каждом из островов. (Ответ: формулировали первый закон термодинамики применительно к трем изопроцессам, решали задачи, применяя этот закон практически).

Правильно, настало время отправляться домой, но чтобы это сделать, давайте проверим свои знания, полученные в этом путешествии.

2.5 Закрепление нового материала 10мин.

2.5.1 Вопросы:

1.Как называется процесс, для которого первый закон термодинамики имеет вид:

А) Изотермический.

Б) Изобарный.

В) Изохорный.

2.В каком случае при передаче газу тепла его температура может не измениться?

А) Если над газом совершают работу.

Б) Если газ совершает работу.

В) При передаче газу тепла он всегда нагревается.

Г) При сжатии газа.

Д) Такое невозможно

2.5.2 Решение задач.

Рассмотрим различные примеры задач на использование и применение первого закона термодинамики.

Расчетная задача. 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 = РхΔV → А = 0 - газ работу не совершает.

Ответ: Q = - 500 Дж; А = 0; знак «-» показывает, что газ выделяет количество теплоты.

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

Ответ: 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.

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

Ответ: 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 обучающиеся пытаются составить общий алгоритм решения задач).

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 Р,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).

5. Провести математические преобразования и расчёты.

6. Проанализировать полученный результат и записать ответ.

2.6. Заключительный этап занятия.

2.6.1. Подведение итогов занятия: выводы, замечания, выставление оценок с комментарием и обоснованием 1 мин.

2.6.2. Рефлексия полученных знаний 1 мин.

Вопрос 1: Вызвал ли у вас затруднения материал урока?

3 - нет, не вызвал;

2 – были некоторые трудности;

1 – материал урока вызвал значительные затруднения.

Вопрос 2: Удалось ли вам применить имеющиеся знания для решения предложенных задач?

3 - да, удалось;

2 – удалось, но не все;

1 – не удалось.

Вопрос 3: Интересно ли вам было на уроке?

3 - да, было интересно;

2 – иногда было скучно;

1 – урок был не интересным.

Вопрос 4: Насколько комфортно вам было на уроке?

3 – было комфортно;

2 – иногда чувствовал себя некомфортно;

1 – было не комфортно.

2.6.3. Заключительное слово преподавателя.

Мне понравилась ваша работа на уроке, вы молодцы, справились со всеми заданиями.

2.6.4. Домашнее задание (комментарий преподавателя по выполнению домашнего задания): 1 мин.

§79; стр.260, задачи №№ 2-4 стр. 264 (для самостоятельного решения)

Надеюсь, наше путешествие было для вас познавательным и продуктивным.

Приложение 1

Тестирование

1. Как называется процесс, для которого первый закон термодинамики имеет вид: ∆U=Q?

А. Изотермический.

B. Изобарный.

C. Изохорный.

2. В каком случае при передаче газу тепла его температура может не измениться?

A. Если над газом совершают работу.

B. Если газ совершает работу.

C. При передаче газу тепла он всегда нагревает¬ся.

D. При сжатии газа.

E. Такое невозможно

3. Идеальный газ отдал количество теплоты 300 Дж, и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 100 Дж. Работа, совершенная газом, равна:

A. 400 Дж

B. - 400 Дж

C. 200 Дж

D. - 200 Дж

4. При изотермическом сжатии газ передал окружающим телам 800 Дж теплоты. Какую работу совершил газ?

A. 1600 Дж

B. 0 Дж

C. – 800 Дж

D. 800 Дж

5. При изохорном нагревании газу было передано от нагревателя 250 Дж теплоты. Какую работу совершил газ?

A. – 250 Дж,

B. 250 Дж

C. 500 Дж

D. 0 Дж

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика-10: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2016.

2. Небукин Н.Н. Сборник уровневых задач по физике. М.: Просвещение, 2006.

3. ЕГЭ 2008. Физика. Федеральный банк экзаменнацилнных материалов. Сост. Демидова М.Ю., Нурминский И.Н. – М.: Эксмо, 2008.

4. Цифровые .Установите соответствие уравнения изопроцесса, названия закона и графика, соответствующего данному изопроцессу.