Работа и количество теплоты.

Учитель:

Бондарева Н. И.

Предмет:

Физика.

Класс:

10 класс.

Учебник:

Мякишев, Г.Я. Физика.Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл. учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков. - 9-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2007. – 349, [3] с. : ил.

Тема урока:

Работа и количество теплоты.

Цель урока:

Сформировать понятие работы в тепловых процессах, понятие количество теплоты. Организовать деятельность учащихся по ознакомлению и первичному закреплению учебного материала.

Задачи урока:

Образовательная:

1. систематизировать и обобщить знания, полученные учащимися при изучении темы «Газовые законы»;

2. вывести формулу работы при расширении или сжатии идеального газа,

3. дать понятие геометрического и физического смысла работы,

4. уметь находить работу, совершенную газом и над газом по графикам изопроцессов,

5. научиться применять полученные знания при решении задач.

Развивающая: 

1. совершенствовать навыки самостоятельной работы,

2. активизировать мышление школьников, умение самостоятельно формулировать выводы,

3. развивать речь.

4. развитие умения правильно оформлять и решать задачи.

Воспитательная:

1. развитие чувства взаимопонимания и взаимопомощи в процессе совместного решения задач;

2. развивать мотивацию изучения физики, используя разнообразные приёмы деятельности.

Планируемые результаты:

Формирование у учащихся способностей к структурированию и систематизации знаний по изменению внутренней энергии способом теплопередачи и их количественной характеристике, овладение адекватными способами решения теоретических задач.

Формируемые УУД:

• Личностные: установление учащимися связи между целью учебной деятельности и ее мотивом (смыслообразование).

• Регулятивные:

  • Выработка способности к мобилизации сил и энергии.

  • Умение постановки учебной задачи на основе соотнесения известного и неизвестного материала, прогнозирования результата,

  • Составления плана и последовательности действий, оценивания и контроля полученного результата, корректировки плана и способов действия в случае расхождения эталона  и полученного результата.

• Коммуникативные: умение слушать, участвовать в коллективном обсуждении проблемы, вступать в диалог, точно выражать свои мысли, владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с нормами родного языка,  интегрироваться в группу сверстников и строить продуктивное сотрудничество со сверстниками и взрослыми.

• Познавательные:

  • Умение осознанно строить речевое высказывание в устной и письменной форме, структурировать знания.

  • Постановка и решение проблемы, выбор наиболее эффективных способов выхода из проблемной ситуации в зависимости от конкретных условий, создание алгоритмов деятельности при решении проблем поискового характера.

  • Формирование знаково-символических УУД.

  • Самостоятельное формулирование познавательной цели,  выдвижение гипотезы.

  • Рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.

  • Выделение необходимой информации.

Тип урока:

Комбинированный урок

Форма урока:

На основе системно-деятельностного подхода

Деятельность учителя

Деятельность ученика

УУД

1. Организаци-онный момент

• Приветствие

• Выявление отсутствующих.

• Готовность учащихся к уроку.

Взаимное приветствие, настраиваются на работу, отвечают на поставленные вопросы

Коммуникативные вступление в диалог, отслеживание действий учителя, умеет слушать и слышать

2. Актуализация знаний.

1) Что называют термодинамикой?

2) Что называют внутренней энергией?

3) Назовите способы изменения внутренней энергии.

4) Какие виды теплоперадачи вы знаете?

1) Термодинамика — это теория тепловых явлений, в которой не учитывается молекулярное строение тел.

2) Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

3) - Совершение работы

- Теплопередача -процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы.

4) теплопроводность - Передача внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой

- конвекция - Энергия переносится потоками жидкости или газа 

- излучение - Перенос энергии с помощью невидимых глазу тепловых лучей

Личностные выражать положительное отношение к процессу познания, желание узнать новое, проявлять внимание

Регулятивные осознание учеником того, что уже освоено и что ещё подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения

Коммуникативные вступление в диалог, отслеживание действий учителя, умеет слушать и слышать

3. Постановка учебной проблемы.

1) Изменится ли состояние термодинамической системы, если на нее оказать внешнее воздействие, например сжать газ поршнем?

2) Изменится ли состояние термодинамической системы, если на нее оказать внешнее воздействие, если газ расширяется?

При упругих соударениях молекл с движущимся поршнем их кинетическая энергия изменяется. При движении навстречу молекулам поршень во время столкновения передаст им часть своей механической энергии, в результате чего газ нагревается

2) После столкновения с ударяющися поршнем скорости молекул уменьшаются, в результате чего газ охлаждается.

Познавательные: развивает операции мышления, ставит задачу (ответить на вопрос) на основе соотнесения того, что известно

Коммуникативные умение выражать свои мысли, строить высказывания

4. Изучение нового материала

Механическая работа определяется ка произведение модулей силы и перемешения на косинус угла между направлениями силы и пермещения

Е сли сила действует на движущиеся тело, то скорость тела изменяется тогда работа равна изменеия кинетической энергии

В термодинамике изучается перемещение частей тело друг относительно друга.

Тогда работа равна изменению внутренней энергии тела.

Пример, воздушный шар уменьшается при остывании

Найдем работу при изменении объема газа в цилиндре под поршнем. Стр 141. рис. 5.1

F -сила действующая на газ со стороны поршня

F’ - сила давления, с которым газ действует на поршень

По 3-му з-ну Ньютона силы равны по модулю и противоположны по направлению F= -F’

Модуль силы, действующий со стороны газа на поршень равен: F’=pS

р — давление газа

S – площадь поверхности поршня

Пусть газ расширяется при р= const и поршень смещается в направлении силы давления газа на малое расстояние Δh.

Тогда работа газа равна произведению силы давления газа на изменеие высоты.

Равна произведению давления газа на изменения произведения площади поверхности поршня на высоту поршня.

Это произведение есть объем сосуда V=Sh

Поэтому работа силы давления газа на поршень равна произведению давления газа на изменение его объема

Как вы думаете почему при расширении газ совершает положительную работу?

Стр 141. рис. 5.2

Если газ сжимается то его объем уменьшается и будет отрицательным и следовательно работа тоже будет отрицательна

Р абота А, совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы газа A’ только знаком. A = -A’, т. к. сила F, дествующая на газ, направлена против силы F’, а перемещение остается неизменным. Поэтому

Работу газа можно изобразить графически. Стр 142, рис. 5.3

Изобразим график зависимости давления от занимаемого им объема.

Пусть p=const. Т.к. давление постоянно, то мы изображаем прямую, параллельную оси объема. Площадь прямоугольнак abcd, ограниченная давлением, осью V и отрезками ab и cd, равными давлению газа в начальном и конечном состояниях газа.

Стр. 142. рис 5.4.

Рассмотрим с вами изотермический процесс. Давление уменьшается обратно пропорционально давлению. В этом случае для вычисления работы графическим способом найти площадь фигуры, ограниченной графиком давления, осью V и перпендикулярами восстановленными из точек начального и конечного объема до графика давления

Количество теплоты

Стр 143, рис. 5.5

Если закрепить поршень так, чтобы он не двигался в цилиндре и нагреть газ при помощи спиртовки, то объем газа не меняется, но температура и давление увеличиваются. Во время этого процесса энергия сгорающего спирта передается газу.

Что такое теплопередача?

Пример.

1. Нагревание воздуха в комнате при помощи радиатора. Радиатор перадет часть своей внутренней энергии воздуху, при этом его внутренняя энергия уменьшается, температура падает. Внутренняя энергия в комнате увеличивается, температура растет.

2. Охлождение продуктов в холодильнике

3. Охлождение двигателя автомобиля спциальной жидкостью.

4. Нагревание воды в электрическом чайнике

Количество теплоты – энергия, которую получает или отдает тело в процессе теплопередачи. [Дж]

При теплообмене происходит передача внутренней энергии горячего тела холодному телу.

Приложение 1

Рассмотрим с вами прибор на стр. 144 рис. 5.6.

Для чего предназначен калориметр?

Нальем в калориметр воду, масса которой m₁ и температура t₁, а затем добавим в него воды массой m₂ и температура t₂ . Пусть t₂ t₁. В сосуде происходит теплообмен, и спустя некоторое врямы установится состояние теплового равновесия. Получится одинаковая t. Изменение состояния обоих порций воды можно отнести за счет того, что первая порция получила некоторое количество теплоты, а вторая его отдала.

Пусть Q₁=c₁m₁Δt – кол-во теплоты, полученное водой

Q₂=c₂m₂Δt – кол-во теплоты, отданное железом. Тогда можно утверждать, что кол-во теплоты в калориметрических опытах сохраняется Q₁+Q₂=0

Кол-во теплоты, отданное одним телом, равно по модулю кол-ву теплоты, полученному другим толом.

Уравнение теплового баланса: Q₁+Q₂+Q₃+_...+Q_n=0

Теплоёмкость — кол-во теплоты, необходимое для увеличения температуры на 1 градус у тела произвольной массы.

Молярная теплоёмкость — теплоёмкость одного моля вещества.

Для измерения переданного кол-ва теплоты была введена специальная единица — калория.

Калория — кол-во теплоты, которое нужно сообщить 1 г воды, чтобы увеличить его температуру на 1 градус.

С= [Дж/ кг*⁰С]

Конпектируют материал

При расширении газ совершает положительную работу, так как направление силы и перемещения поршня совпадают.

Теплопередача (теплообмен) -процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы.

Калориметр- это прибор, в котором можно наблюдать теплообмен между телами, изолированными от взаимодействия с окружающей средой.

Познавательные: умение строить логическую цепь размышления, умение формировать анализ и синтез.

Личностные: умение внести необходимые дополнения и коррективы

Коммуникативные: умение вступать в диалог, умение создавать устные высказывания

5. Закрепление материала

Рымкевич №628

Идеальный газ в количестве 4 моля изобарически нагревают при давлении 3р так, что его объем увеличивается в 3 раза. Затем газ изохорически охлаждается до давления р, после чего изобарически сжимают до первоначального объема и изохорически нагревают до начальной температуры Т₁=250К. Изобразить циклический процесс в координатах р, V и определить работу газа в этом процессе.

Рымкевич №628

Дано:

ν = 4 моль

Т₁=250К

V₂=3V₁

3р

Найти: A

Решение:

И зобарическое расширение газа при давлении 3р

А₁₂=3р(3V-V)=6pV

Изохорическое охлаждение А₂₃=0 (т.к. V не меняется)

Изобарическое сжатие при р

А₃₄=р(V-3V)= -2 рV

При изохорическом нагреве

А₄₁=0 (т.к. V не меняется)

А=А₁₂+А₂₃+А₃₄+А₄₁ =

6pV -2 рV= 4pV

Уравнение Менделеева-Клапейрона:

3рV=νRТ₁

рV=νRТ₁/3

A=4pV=νRТ₁/3=

(4*4 моль*8,31 Дж/моль*к

*250К)/3 = 11,1 кДж

Ответ 11,1 кДж

Личностные: умение понимать личную ответствен-ность за результат, формирование учебной мотивации

Регулятивные: умение осознавать что усвоено, что подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения, умение адекватно реагировать на трудности и не боится сделать ошибку.

Познавательные: умение применять знания в новой ситуации

6. Рефлексия

1. Что понравилось на уроке..

2. Что не понравилось на уроке…

3. Что показалось сложным…

4. Что было наиболее интересно узнать...

7. Д/з

Пар 5.1-5.3 учить

Процесс

Формула

Физический смысл

Нагревание или охлаждение

Q = cmΔt

C – удельная теплоемкость вещества (Дж/кг*К)

это физ. величина, численно равная количеству теплоты, которое получает или отдает вещество массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К.

Кипение или конденсация

Q = ± Lm (r m)

L – удельная теплота парообразования

(Дж/кг)

это физ. Величина, показывающая какое кол-во теплоты необходимо передать жидкости взятой при температуре кипения массой 1 кг, чтобы полностью превратить её в пар.

Плавление или отвердевание

Q = ± λm

λ– удельная теплота плавления вещества

(Дж/кг)

это физ. Величина, показывающая какое кол-во теплоты потребуется телу массой 1 кг, взятого при t_плав, чтобы из твердого состояния превратить в жидкое

Сгорание топлива

Q = qm

q- удельная теплота сгорания вещества (Дж/кг)

это физ. Величина, показывающая какое кол-во теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.