10кл_ Работа в термодинамике

Тема урока: Работа в термодинамике

Цели урока:

1. Образовательные- сформировать у обучающихся представление о работе газа, ее графическом и физическом смысле; научить определять работу газа в различных изопроцессах; закрепить знания учащихся путем решения графических, качественных и количественных задач.

2. Развивающие –  развитие таких мыслительных операций как анализ, сопоставление, сравнение, умение выделять главное, существенное в изучаемом материале. Развивать логически излагать свои мысли; развивать эмоции учащихся, создавая на уроке ситуации занимательности; формировать потребность в дополнительном, после учебном познавательном труде; способствовать обогащению словарного запаса, прививать культуру умственного труда;

3. Воспитательные – приучать детей к аккуратному ведению записей в тетради, к доброжелательному общению, взаимопомощи, к самоконтролю; воспитывать чувство сопереживания за товарищей, формировать познавательный интерес к физике.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование:

План урока

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний.

3. Освоение нового материала.

4. Закрепление и первичная проверка материала

5. Домашнее задание

Ход урока

1. Этап начальной организации урока.

Задача: подготовить учащихся к работе на уроке.

Содержание: взаимное приветствие учителя и учащихся, определить отсутствующих, проверить готовность учащихся к уроку, организовать внимание учащихся, проверить готовность оборудования.

2. Актуализация опорных знаний.

Задача: повторение изученного ранее материала.

Слайд 1 На прошлом уроке мы научились рассчитывать внутреннюю энергию газа. Напомните-ка, как можно изменять внутреннюю энергию тела?

Слайд 2 В 8 классе мы уже говорили о способах изменения внутренней энергии тела.

Первый способ: совершение работы над телом. Убедиться, что при совершении работы над телом его внутренняя энергия увеличивается очень просто: посильнее прижмите ладони друг к другу и сильно потрите их. Вы сразу почувствуете тепло, потому что совершили работу по преодолению силы трения между ладонями. Она пошла на увеличении внутренней энергии ладоней, что тут же проявилось в увеличении температуры.

Другие примеры: потереть два куска сухой древесины (добыча огня), сгибать и разгибать проволоку, велосипед на дисковых тормозах, нагревание корпуса насоса при накачивании велосипедной шины.

Слайд 3 А что происходит с внутренней энергией тела, если оно само совершает работу?

Слайд 4-5 Существует еще один способ изменения внутренней энергии, не требующий совершения работы. Замерзшие руки можно не тереть, а приложить к теплой батарее отопления. Проволоку можно не сгибать- разгибать, а подержать в пламени свечи. Тормозные диски велосипеда и насос нагреются, если оставить их на солнце. Во всех перечисленных случаях работа не совершается, хотя внутренняя энергия изменяется, такой способ изменения внутренней энергии называют теплопередачей (теплоообменом).

Слайд 6 Термодинамика появилась, когда люди задумались о том, как можно использовать внутреннюю энергию некого тела? Человеку хотелось, чтобы за счет этой внутренней энергии совершалась какая-то полезная работа, например, поднять на определенную высоту большой груз, переместить контейнеры, перевезти вагоны. Такая работа будет совершаться за счет механической энергии. Значит, необходимо каким-то образом превратить внутреннюю энергию в механическую. Если налить в сосуд обычную воду и плотно закрыть его пробкой, а затем нагреть воду до кипения, то в закрытом сосуде активно будет образовываться пар. В какой-то момент под давлением пара пробка выскочит и полетит вверх. В данном опыте в роли топлива у нас выступала обычная вода. При кипении часть энергии воды перешла во внутреннюю энергию пара. Пар, расширяясь, совершил работу. Он вытолкнул пробку. То есть внутренняя энергия пара перешла в кинетическую энергию пробки. Газом была совершена работа по выталкиванию пробки.

Собственно, термодинамика и возникла как наука об основных способах преобразования внутренней энергии тел для совершения механической работы.

Сегодня мы научимся вычислять работу. Запишите тему урока «Работа в термодинамике».

3. Этап изучения нового материала.

Задача: сформировать у обучающихся представления о работе газа, ее графическом и физическом смысле; научить их определять работу газа в различных изопроцессах. Помочь ребятам осмыслить практическую значимость изучаемого материала. Содержание

Слайд 7 Рассмотрим газ в цилиндре, закрытом поршнем, площадь которого S.

Давление газа в цилиндре р. F₁ = pS– сила, с которой газ действует на поршень, F₂ – сила, с которой поршень действует на газ, по третьему закону Ньютона F₁=F_2. Предположим, что в результате изобарного расширения поршень переместился из положения 1 в положение 2 на расстояние ∆h .

Вспомним, работа силы в механике . В нашем случае перемещение поршня равно ∆h, сила F₁ = pS, а угол α= 0⁰ и cos0⁰ = 1,

Р абота газа равна:

A = F ∆h = pS∆h.

Но S∆h = ∆V — изменение объёма газа. Поэтому для работы газа при изобарном расширении мы получаем формулу:

A = p∆V = p(V₂ − V₁).

Слайд 8 Изобразим данный процесс на pV –диаграмме. Мы видим, что работа газа равна площади прямоугольника под графиком нашего процесса. При расширении газа эта работа будет положительной (сила давления газа и перемещение поршня направлены в одну сторону). При сжатии работа газа отрицательна (сила давления газа и перемещение поршня направлены в противоположные стороны). Итак, газ может совершать работу над внешним телом (поршнем, который, в свою очередь может, например, заставить вращаться маховик в паровой машине).

Слайд 9 Выводы:

1. Сила давления газа совершает работу над внешними телами только в процессе изменения объема газа: положительную – при расширении газа, отрицательную – при его сжатии;

1. Работа газа при изобарном сжатии или расширении: A = p∆V.

Слайд 10 От теории к практике

325. При изобарном нагревании идеального одноатомного газа его внутренняя энергия увеличилась на ∆U = 60 Дж. Определите работу, совершенную силой давления газа

Слайд 11 А если процесс перехода газа из начального состояния в конечное является изотермическим?

3. Работа газа в общем случае численно равна площади фигуры под графиком процесса на pV –диаграмме.

А чему будет равна работа газа при изохорном процессе?

Слайд 12

Работа, совершаемая над газом

Слайд 13 Н аряду с работой А, которую совершает газ по перемещению поршня, мы будем рассматривать также и работу внешних тел (сил) над газом. Пример: когда мы накачиваем воздух в велосипедную шину, мы совершаем работу, перемещая поршень насоса). Работу газа мы обозначаем А, работу внешних А’.

Слайд 14 Среди всех процессов есть целый класс довольно интересных процессов, для которых конечное и начальное состояния совпадают.

Процессы, в которых начальное и конечное состояния системы совпадают, называются циклическими.

С лайд 15 Работа за цикл численно площади фигуры, ограниченной кривой на pV – диаграмме.

С лайд 16

Слайд 17

1. Первичное закрепление нового материала и домашнее задание.

Слайд 18-22 От теории к практике: 341,343,344,346