Физический диктант. 1. Какая физическая величина наз. внутренней энергией? 2. В каких единицах измеряется внутренняя энергия? 3. Запишите формулу для нахождения внутренней энергии идеального одноатомного газа. 4. Функцией каких величин является внутренняя энергия реальных газов? 5. Назовите способы изменения внутренней энергии. 6. Что такое количество теплоты? 7. Как называется вид теплообмена при котором энергия передается с потоком воздуха или жидкости? 8. Как изменяется внутренняя энергия газов при расширении?

9. Найдите работу газа и работу внешних сил над газом по данному графику. Р,Па V,м Сравните работу газа А 1 и А 2 на графиках. Р VV P

Лабораторная работа. «Изменение внутренней энергии тела при совершении работы». Порядок выполнения работы: 1. Налейте в пробирку немного воды и измерьте ее температуру. Сделайте запись в тетради t1=. 2. Закройте пробирку пробкой и заверните в бумагу. Энергично встряхивайте воду в пробирке в течении с. 3. Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды t2= 4. Сделайте выводы, ответив на вопросы: - Как изменилась внутренняя энергия воды во время опыта? Почему? - Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды? Какие превращения энергии здесь происходили? - Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта?

Закон сохранения энергии был открыт в середине 19 века. Майер Юлиус Роберт () Немецкий естествоиспытатель, врач. Первым сформулировал закон сохранения энергии. Идеи и приоритет Майера долгое время не были признаны.

Закон сохранения энергии был открыт в середине 19 века. Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд () Немецкий ученый, автор фундаментальных трудов по физике, биофизике, физиологии, психологии. Впервые математически обосновал Закон сохранения энергии, показав его всеобщий характер.

Закон сохранения энергии был открыт в середине 19 века. Джоуль Джеймс Прескотт () Английский физик. Экспериментально обосновал закон сохранения энергии. Установил закон, определяющий тепловое действие электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил ее зависимость от температуры.

Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы." title="Первый закон термодинамики. или, т.к. А газа = -А внешних сил => Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы." class="link_thumb"> 11 Первый закон термодинамики. или, т.к. А газа = -А внешних сил => Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы. Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы."> Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы."> Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы." title="Первый закон термодинамики. или, т.к. А газа = -А внешних сил => Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы."> title="Первый закон термодинамики. или, т.к. А газа = -А внешних сил => Q = A Г + ΔU Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы.">

Из первого закона термодинамики следует невозможность создания вечного двигателя. Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) – воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Схема одного из проектов вечного двигателя, основанного на действии сил тяжести.

ΔU=A вн +Q Решение задач. Q =A г +ΔU 1. Термодинамической системе передано количество теплоты 200 Дж. Как изменилась внутренняя энергия системы, если при этом она совершила работу 400 Дж? 2. Газ в сосуде сжали, совершив работу 30 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 25 Дж. Получил ли извне теплоту газ или отдал ее окружающей среде, и какое количество? Р 546, 549.

Обобщающий урок по теме «термодинамика» Ум заключается не только в знании, но и умении прилагать знание на деле. Аристотель Цель урока: повторить основные понятия темы «Термодинамика», продолжить формирование умений описывать термодинамические процессы физическими величинами и законами, раскрыть роль и значение тепловых двигателей в современной цивилизации, уделить внимание контролю знаний учащихся. Ход урока: 1)Фронтальный опрос; 2)Выполнение заданий на соответствия; 3)кроссворд; 4)Решение задач; 5)Тест 6)Итог урока, д/з 1. Что такое внутренняя энергия тела? Ответ: Внутренняя энергия тела U - это физическая величина, равная сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом. 2. По какой основной формуле мы можем рассчитать внутреннюю энергию идеального одноатомного газа? Ответ: U 3 m 2 M RT внутренняя энергия одноатомного идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. 3. Если газ не одноатомный, то изменится ли формула? U 3 m 2 M RT Ответ: Если газ не одноатомный, то коэффициент перед температурой будет не, а другой, так как 3 сложные молекулы не только 2 движутся поступательно, но и вращаются. 4. Как определяется работа газа в термодинамике? Ответ: A" = pΔV работа, совершаемая газом, определяется давлением газа и изменением объема. его 5. Что такое количество теплоты? Ответ: Количество теплоты Q - это мера изменения внутренней энергии при теплообмене. 6. Напишите формулы для нахождения количества теплоты и объясните, какие величины входят в формулы. Ответ: 1. Q = cm Δ t – при нагревании и охлаждении тела массой m; с – удельная теплоёмкость тела; 2. Q = ± r m – при испарении и конденсации; r – удельная теплота парообразования; 3. Q = ± λ m – при плавлении и кристаллизации; λ – удельная теплота плавления. 7. Сформулируйте первый закон термодинамики. Ответ: ΔU = A + Q (Q = ΔU + A´) Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе. 8. О чём говорит второй закон термодинамики? Ответ: невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах (Клаузиус). 9. Тепловые машины - что это за устройства? Ответ: Тепловые машины - устройства, которые превращают внутреннюю энергию топлива в механическую. 10. Как можно рассчитать КПД тепловой машины? Ответ: η= Q1 Q 2 - КПД теплового двигателя Q 1 равен отношению работы газа к количеству теплоту, полученного от нагревателя. 11. Какую роль и значение имеют тепловые двигатели в современной цивилизации? К каждой позиции первого столбца подберите позицию второго столбца Р Т V m M ν R NA k t 10C 1 г/моль 1 кг 1 м3 1К 1,38*10-3Дж/К 6,02*1023моль-1 8,31 Дж/(моль*К) 1 моль-1 1 Па Поставьте соответствие между физическими величинами и единицами их измерения (в СИ) 1.масса газа [ Дж] 2.внутренняя энергия [Па] 3.давление газа [м3 ] 4.Количество вещества [ кг] 5.объем газа 6. абсолютная температура [моль] [K] Вспомним понятия!!! Кроссворд(в программе exele) Задача 2. Определите работу газа в циклическом процессе, показанном на рисунке. Решение А=S А =0 Дж 12 А23=0,5*0,1=0,05 Дж А31=0,05+(0,2-0,1)/2=0,1 Дж А=0,05 Дж Ответ А=0,05 Дж Задача 1. В одном цикле работы теплового двигателя его рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты 1,5 МДж. Какое количество теплоты оно отдает за цикл холодильнику, если КПД двигателя 0,2? Чему равна работа, совершаемая этим двигателем за 1 цикл? Ответ Решение η=(Q1- IQ2I)/Q1 Q2=(1- η) Q1 Q2=(1-0,2)*1,5МДж=1,2 МДж η=A/Q1 А= η*Q1 А= 0,2*1,5 МДж=0,3 МДж Ответ: 1,2 МДж; 0,3 МДж Определить температуру в конце такта сжатия в двигателе, если при этом давление увеличивается в 50 раз, а объем уменьшается в 15 раз Тест. Вариант.1 1. Над телом совершена работа внешними силами, и телу передано кол-во теплоты. Чему равно изменение внутренней энергии тела? А) ΔU = A Б) ΔU = Q В) ΔU = A + Q Г) ΔU = А - Q Д) ΔU = Q - A Вариант 2. 1. Тело получило количество теплоты и совершило работу. Чему равно изменение внутренней энергии тела? А) ΔU = Q - A‘ Б) ΔU В) ΔU Г) ΔU Д) ΔU = A" – Q = A" + Q = A" =Q Вариант 1. Вариант 2. 2. Идеальному газу передаётся количество теплоты таким образом, что в любой момент времени переданное количество теплоты равно работе, совершённой газом. Какой процесс осуществлен? А) Адиабатный Б) Изобарный В) Изохорный Г) Изотермический Д) Это мог быть любой процесс Е) Никакого процесса не было 2. Идеальный газ передал окружающим телам кол-во теплоты таким образом, что в любой момент времени переданное количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела. Какой процесс был осуществлен? А) Изотермический Б) Изохорный В) Изобарный Г) Адиабатный Д) Это мог быть любой процесс Е)Никакого процесса не было Вариант 1. 3. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме p –V рисунка 1. Какая работа совершена в этом процессе? Вариант 2. 3. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме p –V рисунка 1. Какая работа совершена в этом процессе? А) Газ совершил работу 200 Дж. Б) Внешние силы совершили работу над газом 200 Дж. В) Газ совершил работу 400 Дж. Г) Внешние силы совершили работу над газом 400 Дж. Д) Работа равна нулю. А) Газ совершил работу 200 Дж. Б) Внешние силы совершили работу над газом 200 Дж. В) Газ совершил работу 400 Дж. Г) Внешние силы совершили работу над газом 400 Дж. Д) Работа равна нулю. Вариант 1. 4. Что служит рабочим телом в двигателе автомобиля? А) Воздух Б) Вода В) Бензин Г) Поршень Д)Цилиндр Вариант 2. 4. Что служит рабочим телом в реактивном двигателе самолёта? А) Турбина Б) Вода В) Горючее Г) Воздух Д) Крылья Вариант 1. 5. Какое максимально возможное КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 427°С и холодильник с температурой 27°С? А) ~ 0,06 Б) ~ 0,57 В) ~ 0,94 Г) ~ 0,43 Д) ~ 0,70 Вариант 2. 5. Какое максимально возможное КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 527°С и холодильник с температурой 27°С? А) ~ 0,95 Б) ~ 0,73 В) ~ 0,38 Г) ~ 0,63 Д) ~0,05 Вариант 1. 6. Идеальный одноатомный газ неизменной массы совершает циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл от нагревателя газ получает количество теплоты Qн=8 кДж. Чему равна работа газа за цикл? р 1 Вариант 2. 6. Один моль одноатомного идеального газа совершает процесс 1-2-3,где Т0=100к. На участке2-3 к газу подводят количество теплоты Q=2,5 кДж. Найдите отношение работы А123, совершаемой газом в ходе процесса, к количеству теплоты Q123, поглощенному газом т 3т 2 2Ро 0 Ро т 0 3 v 0 3v 0 v р Д/з Повторить понятия, формулы. Индивидуальные задания по задачнику.

Цель урока: изучить практическое применение первого закона термодинамики к газовым процессам.

Задачи.

образовательные:

• показать переход от общих знаний первого закона термодинамики к конкретным газовым законам;
• рассмотреть применение полученных знаний, при решении конкретных задач;
• показать необходимость переноса знаний математики на другие предметы, в частности физику;

развивающие:

• развивать умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать вывод;
• развивать умения осуществлять перенос знаний и умений в новой нестандартной ситуации;

воспитательные:

• 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.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 4

г.Ак-Довурака

Применение первого закона термодинамики к различным процессам

Урок по физике

10 класс

«Применение первого закона термодинамики к различным процессам»

учитель физики Кужугет М.Ш.

Ак-Довурак-2017

Цель урока: изучить практическое применение первого закона термодинамики к газовым процессам.

Задачи.

образовательные:

• показать переход от общих знаний первого закона термодинамики к конкретным газовым законам;
• рассмотреть применение полученных знаний, при решении конкретных задач;
• показать необходимость переноса знаний математики на другие предметы, в частности физику;

развивающие:

• развивать умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать вывод;
• развивать умения осуществлять перенос знаний и умений в новой нестандартной ситуации;

воспитательные:

• 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.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор.

План урока

1. Организационный момент.

2. Фронтальный опрос и изучение нового материала.

Подготовка учащихся к изучению новой темы, путем повторения предыдущей.

• Какие изопроцессы вы знаете?
• Какие макропараметры могут быть неизменными?
• Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим законом

• Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим графиком

Изотермический процесс
Изобарный процесс
Изохорный процесс

Давайте всё о чем мы сейчас говорили, оформим в виде таблицы, повторяя всё ещё раз для каждого процесса.

Познакомимся с ещё одним процессом, о котором раньше не говорили.

Адиабатный процесс . Процесс, совершаемый без теплообмена с окружающей средой Q = 0.

Формулировка: Изменение внутренней энергии газа происходит путём совершения работы. Давайте запишем необходимое в нужные клетки нашей таблицы и посмотрим иллюстрацию к данному закону.

• Вопрос классу: Сформулируйте первый закон термодинамики?

(Ответ: Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики).

• Что он показывает? (Ответ: от каких величин зависит изменение внутренней энергии)

Q = U + А 1

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

Теперь заполним последние строки нашей таблицы. Запишем для каждого изопроцесса 1-й закон термодинамики. Эти формулы можно не запоминать, а всегда вывести из первого закона термодинамики, если вы понимаете смысл. Мы с вами заполнили таблицу, которая содержит краткую информацию о каждом процессе, описание, формулы и формулировки. Как изменяется внутренняя энергия тела при его охлаждении?

(Ответ: U уменьшается)

2) Газ в сосуде сжали, совершив работу 30 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличивается на 25 Дж. Что произошло с газом?

(Ответ: газ отдал окружающей среде Q = 5 Дж)

Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3, т.к. показано на графике. Чему равна работа, совершенная газом? (Ответ: 2P 0 V 0 )

4. Самостоятельное решение задачи

Задача: В вертикально расположенном цилиндре под поршнем находится газ при Т=323 К, занимающий объём V 1 = 190 см 3 . Масса поршня М=120 кг, его площадь S=50 см 2 . Атмосферное давление р 0 = 100 кПа. Газ нагревается на T=100 К.

А . Определите давление газа под поршнем.

Б. На сколько изменится объём, занимаемый газом, после нагревания?

В. Найдите работу газа при расширении.

Подведение итогов решения задачи и работы на уроке. Выставление оценок:

5. Домашнее задание. § 81 учебника.

• Упражнение 15 (8, 9).
• Выучить таблицу.

6. Рефлексия. Каждому ученику раздаётся смайлик и на нём рисуется нужная улыбка. По количеству улыбок можно ответить на вопрос: Удался ли данный урок?

Литература

1. Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика-10: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005.
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 образовательные ресурсы .
5. Разработка урока учителя физики С.Н. Гуцил.

Вопросы для повторения:

• Что такое внутренняя энергия?
• Назовите способы изменения внутренней энергии.
• Как определить работу газа?
• Как определить количество теплоты?
• Объясните физический смысл удельных величин.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе.

• Количество теплоты, переданное системе идет на совершение системой работы и изменение её внутренней энергии

• Изотермический процесс

(T = const) :  U =0

Т.к. ΔT=0, Δ U=0 и тогда Q= A.

Если Q

Применение I закона термодинамики к изопроцессам

• Изобарный процесс:

(p = const, Δp=0 )

A = p  V = vR  T

0 " width="640"
0, то ΔU 0 – нагрев газа, если Q " width="640"

Изохорный процесс.

1. Что такое изохорный процесс?

2. Т.к. ΔV=0, → А=0 →ΔU=Q

• Если Q 0, то ΔU 0 – нагрев газа, если Q

Применение I закона термодинамики к изопроцессам

• Изохорный процесс:

( V = const): A = 0

0, то Δ U0 – нагрев газа, если Q" width="640"

Т.к. ΔV=0, то А=0 и ΔU=Q

Если Q0, то Δ U0 – нагрев газа, если Q

Применение I закона термодинамики к изопроцессам

• Адиабатный процесс: процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

Q=0

Температура меняется только за счет совершения работы

Адиабатный процесс

• Адиабатными можно считать все быстропротекающие процессы и процессы, происходящие в теплоизолированной среде.

Адиабата круче любой пересекающей её изотермы

Термодинамика циклического процесса.

Для произвольного циклического процесса 1–2–3–4–1 работа газа, совершенная им за цикл, численно равна площади фигуры, ограниченной диаграммой цикла в координатах p – V

Необратимость процессов в природе .

• Необратимые – процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении. В обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.

Что произойдет с колебаниями маятников с течением времени?

• Все процессы в природе НЕОБРАТИМЫ!

II закон термодинамики.

• Формулировка Клаузиуса (1850): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходило бы от тел менее нагретых к телам более нагретым.
• Формулировка Томсона (1851): невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии.
• Формулировка Клаузиуса (1865): все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна.
• Формулировка Больцмана (1877): замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное. Невозможен самопроизвольный выход системы из положения равновесия. Больцман ввел количественную меру беспорядка в системе, состоящей из многих тел – энтропию .

Слайд 2

Цели урока:

2 Повторить теорию о газовых законах Повторить 1-й закон термодинамики Рассмотреть применение 1-го закона термодинамики к изопроцессам

Слайд 3

3 Фронтальный опрос Температура Давление Объём Какие макропараметры могут быть неизменными? Процессы: изотермический,изобарный, изохорный Какие изопроцессы вы знаете?

Слайд 4

Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим законом

4 Закон Гей- Люссака Закон Шарля Закон Бойля- Мариотта

Слайд 5

5 Определите соответствие между названием изопроцесса и соответствующим графиком T V P Т Р V

Слайд 6

6 Т = const, T = 0 Закон Бойля-Мариотта U = 0 Р = const Закон Гей-Люссака А = 0 Закон Шарля V = const V = 0

Слайд 7

Адиабатный процесс

7 Процесс, совершаемый без теплообмена с окружающей средой Q = 0. Изменение внутренней энергии газа происходит путём совершения работы.

Слайд 8

8 http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/6cd0134b-bfec-4dcd-88bb- 88c63280df06/%5BPH10_06-014%5D_%5BIM_35%5D.swf

Слайд 9

Слайд 10

10 Сформулируйте 1-й закон термодинамики. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики.

Слайд 11

11 Что он показывает? от каких величин зависит изменение внутренней энергии

Слайд 12

12 Какую математическую запись имеет 1 закон термодинамики? Если рассматривать работу над внешними телами (работу газа) Q = U + А1 Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами U = А+Q

Слайд 13

Слайд 14

14 Физкультминутка Мы писали, мы решали И немножечко устали, Покрутились, повертелись, Наклонились и уселись, И опять писать готовы И решать и вычислять

Слайд 15

15 Как изменяется внутреняя энергия тела при его охлаждении? уменьшается увеличивается не изменяется

Слайд 16

Газ в сосуде сжали, совершив работу 30 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 25 Дж. Что произошло с газом?

16 газ отдал Q=5 Дж газ принял Q=5 Дж газ принял Q=55 Дж газ отдал 55 ДЖ

Слайд 17

17 Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3, т.к. показано на графике. Чему равна работа, совершенная газом? 2P0 V0 P0 V0 0 4P0 V0

Слайд 18

тест

18 C:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\49562.oms тест

Слайд 19

Задача: А – 3 балла; Б – 4 балла; В – 5 баллов

19 В вертикально расположенном цилиндре под поршнем находится газ при Т=323 К, занимающий объём V1= 190 см 3 . Масса поршня М=120 кг, его площадь S=50 см 2 . Атмосферное давление р0 = 100 кПа. Газ нагревается на T=100 К. А. Определите давление газа под поршнем. Б. На сколько изменится объём, занимаемый газом, после нагревания? В. Найдите работу газа при расширении.

Слайд 20

Решение задачи

20 Дано: Т1= 323 К V1= 190 см3 М=120 кг S=50 см2 Р0 = 100 кПа T=100 К А. Р1 - ? Б.V- ? В. А= ? Решение: А. Давление оказываемое на поршень равно сумме давлений атмосферного и давление самого поршня. Р1 = Р0+ Р1 = 105+= = 340 кПа

Слайд 21

21 Решение: 2. Запишем уравнение состояния для изобарного Р = const Решим полученное уравнение V1 (T1+T)= T1 (V1 +V) V1 T1+ V1T= T1V1+T1 V V1T = T1V V=V= 0,59 см3

Слайд 22

22 Решение: 3. Работа газа при расширении определяется по формуле: А=р1V Мы уже получили выражение для р1 и для V в предыдущих действиях. Итак А = (Р0+) подставим числовые значения и найдем необходимую величину А = 20 Дж Ответ: А.Р0 = 340 кПа Б.V= 0,59 см3 В.А = 20 Дж

Слайд 23

Подведем итоги решения задачи

23 5 баллов – оценка «5» 4 балла - оценка «4» 3 балла - оценка «3»