Конкурс "Я иду на урок"

I закон термодинамики и его применение к изопроцессам. 10-й класс

Урок получения и интегрирования новых знаний с компьютерной поддержкой. 10-й класс

Этот урок был проведён как мастер-класс для учителей г. Ге­оргиевска и Георгиевского района. Показаны методика опроса с помощью физического диктанта, проверка знаний с применением тестовых заданий (тренировка к сдаче ЕГЭ), объяснение нового материала с демонстрацией опытов и выполнением экспериментальных заданий (что позволило успевающим учащимся самостоятельно вывести I закон термодинамики и применить его к решению задач на изопроцессы), использование ИКТ (специально к уроку созданы презентация и компьютерная программа проверки усвоения знаний на основе конструктора с сайта «Проект ИСО»), организация рефлексии. Учащиеся получили на уроке три оценки в журнал: за физический диктант, за выполнение тестов  и за самостоятельную работу. Эффективность урока оценена в 78%.

Образовательные цели урока:

• по физике: рассмотреть и сформулировать I закон термодинамики, выяснить его физический смысл; дать понятие об адиабатном процессе, показать применение I закона термодинамики к изопроцессам; показать единство закона сохранения энергии для различных явлений в природе.

• по информатике: обеспечить применение практических навыков для работы с программой, папкой и файлом: открыть программу (графический редактор Paint), открыть файл, папку; закрыть окно программы, сохраняя изменения в файле.

Ход урока

I. Организационный этап

II. Актуализация знаний учащихся

Фронтальная беседа о внутренней энергии.  Решение задачи № 623 (из сборника задач А.А.Рымкевича, 2000). физический диктант «Напиши формулы»:

I вариант	II вариант
1. Закон Гей-Люссака.	1. Закон Шарля.
2. Закон Бойля-Мариотта.	2. Закон Клапейрона -  Менделеева.
3. Закон Клапейрона.	3. Внутренняя энергия.
4. Работа в термодинамике.	4. Количество теплоты на нагревание
5. Количество теплоты на плавление.	5. Количество теплотына парообразование.
6. Количество теплотына сгорание топлива.	6. КПД тепловой     машины.

III. Беседа с демонстрацией опытов, выводом I закона термодинамики и исследовательской работой учащихся по его применению к изопроцессам

 Учитель. Одним из основных законов природы является  закон сохранения энергии. Который формулируется...

Учащиеся. Энергия ниоткуда не берётся и бесследно не исчезает, она переходит из одного вида в другой, от одного тела к другому.

Учитель. Открыт этот закон был независимо и почти в одно время тремя учёными - Г.?Гельмгольцем, Р.Майером и Дж.Джоулем. Он связывает все явления природы воедино и распространяется, в частности, на тепловые явления. При изменении температуры механическая энергия не меняется. А что происходит с внутренней энергией? Что называется внутренней энергией? Может ли меняться внутренняя энергия? Как узнать об изменении внутренней энергии тела?

Учащиеся (в результате беседы приходят к выводу). Внутренняя энергия может меняться при изменении агрегатного состояния вещества и при изменении температуры. Об изменении внутренней энергии можно судить по показаниям термометра.

Опыт. На спиртовке нагревается вода в пробирке, температура воды измеряется термометром.

Учитель. Что произошло с внутренней энергией воды? Каким способом изменилась внутренняя энергия?

 

Фронтальный эксперимент.

Цель работы: определить, как меняется внутренняя энергия тела при совершении работы.

Приборы и материалы: алюминиевая проволока, термометр.

Задание: сгибать и разгибать проволоку 15-20 раз; измерить температуру проволоки в месте сгиба; сделать вывод: каким способом изменилась внутренняя энергия?

Вывод. Внутренняя энер­гия изменилась в результате совершения работы и теплопередачи.

Учитель. Пусть имеется термодинамическая система, которая может обмениваться энергией с окружающей средой. Этот обмен происходит при теплопередаче и при совершении работы самой системой или работы внешних сил над этой системой (слайд) .

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии на термодинамическую систему. Он формулируется следующим образом: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Соотношение, выражающее I закон термодинамики, часто записывают в другой форме: - количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение ею работы над внешними телами.

Из I закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя, который мог бы совершать работу без затраты энергии топлива. В законе речь идёт об  изменении внутренней энергии. Этот процесс характеризуют  работой и количеством теплоты.

Фронтальная беседа «Применение законов термодинамики». Двое учащихся работают у доски:

 

1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,

 Здесь U (T₁) и U (T₂) - внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдаётся внешним телам (Q < 0).

Исследовательская работа учащихся (по вариантам)

Цель работы. Выяснить, какой вид будет иметь I закон термодинамики для изотермического процесса (Т - постоянная величина, 1-й вариант) и изобарного процесса (р - постоянная величина, 2-й вариант).

Выводы учащихся после выполнения задания:

· В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением 

 

I закон термодинамики для изобарного процесса:

 

 При изобарном расширении Q > 0 - тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 - тепло отдаётся внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается: T₂ < T₁; внутренняя энергия убывает:

• В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа:

I  закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением Q = A. Газ совершает работу за счёт полученного количества теплоты.

Учитель (по ходу объяснения демонстрирует слайды презентации). Существует ещё один процесс - адиабатный. Это процесс идёт без теплопередачи. При быстром сжатии работа совершается над газом - внутренняя энергия и температура увеличиваются (слайды). При быстром расширении газ совершает работу - внутренняя энергия и температура уменьшаются (слайды). Адиабатный процесс происходит в двигателях Дизеля, компрессорах, ожижителях газов (слайд). В грандиозных масштабах этот процесс происходит  в атмосфере Земли, в результате образуются облака и выпадают осадки (слайд).

• В адиабатном процессе Q = 0, поэтому I закон термодинамики принимает вид т.е. газ совершает работу за счёт убыли своей внутренней энергии.

Первичное закрепление

1. Чему равно изменение внутренней энергии газа, если ему передано количество теплоты 300 Дж и внешние силы совершили работу 500 Дж?

2. При адиабатном расширении совершена работа 200 Дж. Найдите изменение внутренней энергии.

3. Найдите работу при переходе из состояния 1 в состояние 2.

4. Какой процесс происходит, если: 1) А = 0? 2) = 0?
 (Ответы: 1. 800 Дж. 2. 200 Дж. 3. 16 ·10³ Дж.  4. V= const; Т = const.)

IV. Проверка усвоения знаний

Рефлексия (cамоконтроль учащихся)

1. Как изменилась внутренняя энергия идеального газа в результате изотермического расширения?

А) = 0;    Б) > 0;    B) < 0; г) =A;    д) =А?.

2. Как изменилась внутренняя энергия газа, если ему передано количество теплоты 200 Дж и внешние силы совершили над ним работу 600 Дж?

а) 0;            Б) 400 Дж;       в) 500 Дж;

г) 800 Дж;   д) 200 Дж.

3. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 2?

а) 0;               б) 300 Дж;       в) 600 Дж;   г) 900Дж.          

4. Переход газа из состояния М в состояние N совершается способами 1-4. В каком случае работа газа максимальна?

а) 1;            б) 2;          в) 3;            г) 4;    д) во всех случаях работа одинакова.

5. Выделяется или поглощается теплота при конденсации водяного пара?

а) Выделяется;              б) поглощается;            в) не выделяется и не поглощается;    г) процесс может идти как с выделением, так и с поглощением тепла.           

(Ответы: 1А; 2Г; 3В; 4А; 5А.)

(Учащиеся анализируют, какие задания вызвали у них трудности, заполняют таблицу и ставят себе оценку. Учитель проводит разбор ошибок и предлагает ещё одну - аналогичную - работу, чтобы сравнить самооценку учащихся со своей оценкой их знаний.)

Вопрос	Знаю, умею, понимаю	Сомневаюсь	Не понимаю, не знаю
1
...
5

Самостоятельная работа

(Приводим только один вариант. - Ред.)

1. Как изменится внутренняя энергия идеального газа в результате  адиабатного расширения?

А) = 0;    Б) < 0;    B) > 0;  Г) - любое;    Д) U = 0.

2. В каком процессе изменение внутренней энергии системы равно количеству переданной теплоты?

A) В изохорном;            Б) в изобарном;       В) в изотермическом;    Г) в адиабатном;

д) нельзя ответить определённо.

3. Газу передано количество теплоты 100 Дж, и внешние силы совершили над ним работу 300 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии?

А) 0;            Б) 100 Дж;   В) 200 Дж;       Г) 300 Дж;   Д) 400 Дж.

4. Чему равна работа, совершённая газом при переходе из состояния 1 в состояние 2?

А) 0;            Б) 300 Дж;    В) 200 Дж;   Г) 900 Дж;   Д) нельзя ответить определённо.

(Ответы: 1Б; 2А; 3Д; 4Б.)

Учитель (подводит итог). С каким законом мы познакомились? Как читается этот закон термодинамики?   Ознакомьтесь со своими оценками за урок. (На экране высвечивается таблица с тремя оценками: за физический диктант; самооценка учащихся; оценка учителем самостоятельной работы. Если две последние совпадают или учительская даже выше, то урок прошёл не зря. Эффективность урока оценивается как отношение числа учащихся с такими оценками к общему числу учащихся в классе. В данном случае она оказалась 78%.)

ДЗ. § 80, 81 (учебник «Физика-10» Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева, 2003); упр. 15 (10, 3, 7, рис. на с. 183).