ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ*
Урок № 3
Тема. Первый закон термодинамики
Цель: установить связь между изменением внутренней энергии системы, работой и количеством теплоты, переданной системе, формировать понятие о первый закон термодинамики как закон сохранения энергии в тепловых процессах; развивать сравнительные, аналитические и синтетические навыки; формировать научное мировоззрение, воспитывать умение самостоятельно работать с учебником.
Тип урока: урок изучения нового материала.
ХОД УРОКА
I. Актуализация опорных знаний учащихся
Упражнение «Цепочка». Каждый говорит одну фразу согласно изученного на предыдущем уроке материала в последовательности, указанной в конспекте.
II. Изучение нового материала
Учитель. Идею о сохранении энергии в природе высказывали еще древнегреческие философы. Они считали, что в природе, которая нас окружает, все время происходят изменения, которые не могут прекратиться никогда.
В 40-х годах XIX в. произошло важное событие в истории физики - был установлен закон сохранения и превращения энергии.
Давайте вспомним этот закон.
Ученики. Энергия в природе не возникает из ничего и никуда не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую.
Учитель. Каким способом можно изменить внутреннюю энергию тела?
Ученики. Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: выполнением работы и теплопередачей.
Учитель. Следовательно, работа А - это мера изменения механической энергии, количество теплоты Q - мера изменения внутренней энергии, то есть способы изменения внутренней энергии эквивалентны. Поэтому известный закон сохранения энергии для механических процессов распространяется и на тепловые процессы.
Учитель обращается к опорной схемы, которую составили во время изучения первой темы, и задает вопрос: как математически можно записать причинную обусловленность счетного изменения состояния тела (или системы) внешними механическими и тепловыми воздействиями?
Вывод, который делают учащиеся с помощью учителя:
Это уравнение выражает закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов, он получил название первого закона (начала) термодинамики:
Изменение внутренней энергии термодинамической системы равно сумме работы внешних сил и предоставленной системе количества теплоты.
Но можно рассматривать и работу А, совершенную системой над внешними телами; тогда ее записывают со знаком «-» и уравнение приобретает вид:
Дают другая формулировка первого закона термодинамики: количество теплоты, подведенная к системе, частично идет на увеличение ее внутренней энергии и частично на выполнение системой работы над внешними телами.
1. Работа в группах
Выяснить, как изменяется внутренняя энергия и чему равна работа газа при изопроцесса.
Группа 1 - изобарный процесс.
Группа 2 - изохорный процесс.
Группа 3 - изотермический процесс.
Группа 4 - адиабатический процесс.
Рассмотрев материал, учащиеся составляют таблицу.
Название процесса |
Постоянный параметр |
Значение работы, А’ |
Изменение внутренней энергии ΔU |
Запись первого закона термодинамики |
Формулировка первого закона термодинамики |
Ізобарвний |
р = const |
А' ≠ 0 |
ΔU ≠ 0 |
Q = ΔU + A' |
Количество теплоты, полученное газом, идет на изменение его внутренней энергии и на выполнение этим газом работы |
|
|
|
|
|
Изохорный |
V = const |
А ≠ В |
ΔU = 0 |
Q = A’ |
Количество теплоты, полученное газом, идет на выполнение этим газом работы |
Изотермический |
Т = const |
А' ≠ 0 |
ΔU = 0 |
Q = A’ |
Все полученное газом количество теплоты идет на выполнение этим газом работы |
Адиабатический |
Q = const |
А' ≠ 0 |
ΔU ≠ 0 |
ΔU = -А’ |
Изменение внутренней энергии равно работе газа, взятой с противоположным знаком |
Работа с учебником
Выяснить, какую машину называют «вечным» двигателем первого рода. Почему невозможен такой двигатель?
III. Закрепление изученного материала
Решение задач
1. На сколько изменилась внутренняя энергия газа, что совершил работу 50 кДж, получив количество теплоты 85 кДж? (Увеличилась на 35 кДж)
2. В ходе изотермического расширения газа было передано количество теплоты 33 Дж. Какую работу выполнил газ? (300 Дж)
3. Одноатомному газовые (v = 2 моли) передано количество теплоты 1,2 кДж. При этом газ совершил работу 600 Дж. На сколько изменилась температура газа? (Увеличилась на 24 К)
IV. Обобщение знаний
Заслушать сообщения учащихся о попытках создания «вечного» двигателя первого рода.
Как в другой способ сформулировать первый закон термодинамики?
V. Итоги урока
Интерактивное упражнение «Интервью»
Учитель берет интервью у учащихся:
- Что вы знали по этой теме?
- Какие знания вы приобрели на этом уроке?
- Какие вопросы по этой теме у вас возникли?
VI. Домашнее задание
1. Проработать соответствующий раздел учебника.
2. Решить задачи: № 46, 47, 38-Г.