Дидактическая цель: сформулировать первый закон термодинамики и рассмотреть его применение при различных процессах. Презентация к уроку "Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к тепловым процессам" Изменение внутренней энергии

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

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

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 .

Цель урока: сформулировать закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления, привести данные об истории открытия закона, развивать умение решения задач с использованием закона сохранения энергии для тепловых процессов.

Ход урока

Проверка домашнего задания методом выполнения самостоятельной работы

Вариант – 1

1. Что называют внутренней энергией тела?

2. Формула для вычисления работы газа.

3. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа от каких величин находится в зависимости?

4. 4. Какая физическая величина вычисляется по формуле 3Р V/2 ?

5. При постоянном давлении 105 Па объем воздуха, находящийся в квартире, увеличился на 20дм³. Газ при этом совершил работу, найти чему она равна? (2 кДж)

Вариант – 2

1. Что называется количеством теплоты?

2. Запишите формулу для расчета внутренней энергии.

3. Когда работа газа считается положительной, а в когда – отрицательной?

4. Какая физическая величина вычисляется по формуле 3 γ RT/2?

5. Какую работу

Совершают внешние силы при сжатии газа от 0,3 м³ до 0,1 м³, если давление при этом остается неизменным и равным 100 кПа? (20 кДж)

Обсуждение вопросов

1. Как вычислить количество теплоты, нужное для нагревания тел на определенную температуру?

2. Что называется удельной теплоемкостью?

3. Как вычислить количество теплоты, нужное для превращения жидкости массой m, взятой при температуре кипения, в пар?

4. Какая величина является удельной теплотой парообразования? Конденсации?

5. Какую формулу применяют для расчета количества теплоты, нужного для того, чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, взятое при температуре плавления.

6. Какая величина является удельной теплотой плавления?

7. В каких случаях в формулах используется знак минус (–)?

Изучение нового материала

1. Историческая справка

В середине 19 века на основе работ, выполненных несколькими учеными (независимо друг от друга) был сформулирован закон сохранения энергии для тепловых процессов. Этот закон, позднее, получил название: «Первого закона термодинамики». Немецкий ученый Р. Майер выдвинул теоретические предпосылки закона. Английский физик Д. Джоуль провел его опытные обоснования и измерения. Немецкий ученый Г. Гельмгольц получил математическую формулу закона, обобщил и распространил, полученные результаты на все явления природы.

2. Формулировка 1-го закона термодинамики для случаев, если:

а) работа совершается над газом: Δ U = Q + A;

б) работу совершает газ: Δ U = Q – A;

3. Объяснение невозможности создания вечного двигателя.

Если Q = 0; то ΔU = – A или – ΔU = A. То есть двигатель перестанет работать, если будет исчерпан весь запас внутренней энергии. Первый закон термодинамики объясняет теоретическую невозможность создания вечного двигателя. Но еще до открытия этого закона многовековая практика привела ученых к выводу: нельзя совершать работу без затраты внешней энергии.

Так еще Леонардо да Винчи писал: «О, искатели постоянного двигателя, сколько пустых проектов создали вы в подобных поисках».

В 1775 году Французская академия наук заявила: « Построение вечного двигателя абсолютно невозможно», – и перестала рассматривать любые проекты вечных двигателей.

Закрепление изученного материала

Задача. Чему равна работа, совершенная газом, взятым в количестве 2моль, если нагревание его на 50 К происходит при V = соnst? Изменилась ли его внутренняя энергия при этом?

Решение. Aʹ= P ΔV = m К ΔT/M = γ RΔT; Aʹ = 2·8,31·50 = 831 (Дж)

ΔU = 3 m RΔT/2 M = 3γ RΔT/2 ΔU = 1246 (Дж)

Q = ΔU + Aʹ Q = 2077 (Дж)

Подведем итоги урока.

Домашнее задание: §80, упр. 15 №3, 11.

1. Цель урока: продолжить формирование умения выполнять термодинамическое описание процессов: вычисление работы, количества теплоты, внутренней энергии и других параметров системы, развивать навыки самостоятельно мыслить, решать задачи...
2. Цель урока: проконтролировать знания и умения учащихся, приобретенные ими при изучении данной темы. Ход урока Организационный момент. Выполнение контрольной работы. Вариант – 1 (уровень –...
3. Цель урока: сформировать представление о внутренней энергии тела как функции состояния тела, установить зависимость внутренней энергии идеального газа от макроскопических параметров, продолжить формирование умения применять...
4. Цель урока: вывести формулу для определения работы расширяющегося газа при постоянном давлении, познакомить учащихся с геометрической интерпретацией работы для изобарного процесса и в случае, когда...
5. Цель урока: продолжить изучение 1-го закона термодинамики, рассмотреть изопроцессы с новой, энергетической точки зрения, дать понятие об адиабатическом процессе, познакомить учащихся с алгоритмом решения задач...
6. Цель урока: установить зависимость между двумя термодинамическими параметрами при неизменном значении третьего, формировать умение объяснять законы с молекулярной точки зрения, научится изображать графики изопроцессов. Ход...
7. Цель урока: выяснить условия работы тепловых двигателей, обосновать невозможность создания вечного двигателя второго рода, сформировать понятие об идеальной тепловой машине Карно, формировать умение рассчитывать КПД...
8. Люди учатся у животных Индия, в которой родился Киплинг, была английской колонией. И маленький Редьярд чувствовал себя бабу, властелином двух миров – мира белых господ...
9. Цель урока: ознакомить учащихся со вторым законом термодинамики, устанавливающим реально возможное направление протекания процессов в макроскопических системах, объяснить факт необратимости процессов в природе на основе...

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

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.

План-конспект урока по теме:

« Первый закон термодинамики»

Абрамова Тамара Ивановна, учитель физики

Цели: 1. Образовательная - сформулировать 1 закон термодинамики; рассмотреть следствия, вытекающие из него.

2. Развивающая – развитие способов мыслительной деятельности (анализ, сравнение, обобщение), развитие речи (владение физическими понятиями, терминами), развитие познавательного интереса учащихся.

3. Воспитательная – формирование научного мировоззрения, воспитание устойчивого интереса к предмету, положительного отношения к знаниям.

Организационные формы и методы обучения:

• Традиционные – беседа на вводном этапе урока

• Проблемные – изучение нового учебного материала путем постановочных вопросов

Средства обучения:

• Инновационные – компьютер, мультимедийный проектор
• Печатные – тестовые задания

Ход урока:

1. Организационный момент
2. Повторение домашнего задания :

• Какими способами можно изменить внутреннюю энергию системы? (за счет совершения работы, либо за счет теплообмена с окружающими телами)
• Как находится работа газа и работа внутренних сил над газом при постоянном давлении? (А г = -А внеш= р ΔV)
• Мука из-под жерновов выходит горячей. Хлеб из печи вынимают также горячим. Чем вызывается в каждом из этих случаев увеличение внутренней энергии муки и хлеба? (Муки- совершением работы, хлеба- за счет теплообмена)
• В медицинской практике часто используются согревающие компрессы, грелки, а также массаж. Какие способы изменения внутренней энергии при этом используются? (теплообмен и совершение работы)

1. Объяснение нового материала:

Вы знаете, что механическая энергия никогда не пропадает бесследно.

Разогревается кусок свинца под ударами молотка, нагревается холодная чайная ложка, опущенная в горячий чай.

На основании наблюдений и обобщений опытных фактов был сформулирован закон сохранения энергии.

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Закон был открыт в середине ХIX века немецким ученым Р. Майером, английским ученым Д.Джоулем. Точную формулировку закона дал немецкий ученый Г.Гельмгольц.

Мы рассматривали процессы, в которых внутренняя энергия системы изменялась либо за счет работы, либо за счет теплообмена с окружающими телами (слайд 1)

А как изменяется внутренняя энергия системы в общем случае? (слайд 2)

I закон термодинамики формулируется именно для общего случая:

ΔU = Aвнеш + Q

А газа = - А внеш,

Q = ΔU + Aг

Следствия:

1. Система изолирована (А= О, Q=0)

Тогда Δu = u2-u1=0, или u1=u2 - Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной

1. Невозможность создания вечного двигателя – устройства, способного совершать работу без затрат топлива .

Q = ΔU + Aг, Q=0,

Аг= - ΔU. Исчерпав запас энергии двигатель перестанет работать.

1. Закрепление

(работа с навигатором – вывод обобщается)

Решение задачи 1

Проверка ответа (слайд 3)

Решение задачи 2

Проверка ответа (слайд 4)

1. Заключение (слайд 5)
2. Рефлексия

(Кому понравился урок – поднимаем руки с жестом «палец вверх», (слайд 6), кому не понравился- поднимаем руки с жестом «палец вниз» (слайд 7)

1. Домашнее задание : п. 78, упр. 15 (2,6)

Навигатор

По теме: « I Закон термодинамики».

Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления.

Изменения внутренней энергии:

ПРОБЛЕМА:

Как изменяется внутренняя энергия в общем случае?

ΔU = А внеш + Q

Вывод:

1. Изменение внутренней энергии системы при переходе системы из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе.
2. Аг= - А внеш