Урок 2. Внутренняя энергия
Цели: ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.
Ход урока
I. Повторение. Проверка домашнего задания
При проверке домашнего задания лучше всего разобрать ответы на предложенные вопросы в конце параграфа.
При этом бывает, что по одному вопросу существует несколько мнений. Например, при ответе на вопрос «Мерой чего является температура тела?» вариантами ответа бывают:
«Температура тела определяет меру интенсивности движения молекул».
«Температура тела определяет скорость диффузии в жидкости».
«Температура тела определяет степень нагретости тел».
В сущности, каждый из ответов является справедливым, но не каждый из них физически корректен. Например, говоря о температуре как степени нагретости тел, нужно говорить о том, по какой шкале эта температура измеряется. Наиболее полным и точным, конечно же, является определение температуры через среднюю кинетическую энергию молекул.
Можно задать еще ряд качественных задач, например:
- Одна молекула кислорода движется в воздухе в данный момент со скоростью 900 м/с, а другая - со скоростью 1200 м/с. Правильно ли будет сказать, что температура второй молекулы выше?
- Известно, что чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его температура. Почему же не нагревается пулька, выстрелянная в тире из пневматического ружья, хотя все ее молекулы движутся к мишени с большой скоростью?
II. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
- Демонстрация опытов.
- Определение внутренней энергии тела.
- Закон сохранения полной энергии.
Урок можно начать с демонстрации следующих экспериментов.
Эксперимент 1
Стальной брусок (молоток) падает на наковальню. Обращаем внимание, что в результате удара о плиту изменилось состояние тел.
Эксперимент 2
На наковальню кладем проволоку и ударяем молотком.
Проволока нагрелась и деформировалась. Изменение температуры можно продемонстрировать.
Эксперимент 3
Термопару соединяют с баллистическим гальванометром, ударяют молотком. Отклонение «зайчика» свидетельствует о нагреве в месте удара.
- Если изменилось состояние тел, то изменилась и энергия частиц, из которых состоят тела. Поскольку молекулы обладают массой и движутся, то они обладают кинетической энергией. Средняя кинетическая энергия молекул тем больше, чем больше масса молекулы и ее средняя скорость.
Чем больше средняя кинетическая энергия частиц, тем выше температура тела.
Так как молекулы взаимодействуют друг с другом, то они обладают и потенциальной энергией. Если частицы находятся на таком расстоянии друг от друга, что силы притяжения между ними равны силам отталкивания, то потенциальная энергия их минимальна. С увеличением или уменьшением расстояния между частицами потенциальная энергия их возрастает.
Суммарную энергию движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией.
В понятие внутренней энергии включают:
а) Суммарную кинетическую энергию поступательного и вращательного движения молекул.
б) Суммарную потенциальную энергию взаимодействия молекул, обусловленную силами взаимодействия.
в) Энергию колебательного движения атомов.
г) Энергию электронных оболочек атомов.
д) Внутриядерную энергию.
е) Энергию электромагнитного излучения, обеспечивающую тепловое равновесие между отдельными участками тела.
На практике нужно знать не абсолютное значение величины энергии, а ее изменение. В тепловых процессах при переходе тела из одного состояния в другое изменение внутренней энергии связано лишь с изменением кинетической и потенциальной энергий частиц. Так как движение никогда не прекращается, то тела всегда обладают внутренней энергией. Следовательно, наряду с механической энергией тела обладают еще и внутренней энергией. Изменение внутренней энергии происходит только за счет энергии других тел.
Объясните опыты:
- Почему при периодическом изгибании железной проволоки тела нагреваются?
- Почему два бруска при трении нагреваются?
Эти примеры иллюстрируют превращение механического движения в тепловое.
Внутренняя энергия обозначается буквой U.
Особенностью внутренней энергии является то, что она всегда больше нуля, ведь тепловое движение частиц никогда не прекращается. При этом величина внутренней энергии тела не зависит от механической энергии тела. Например, ядро массой 10 кг летит со скоростью 40 м/с. Температура ядра - 400 °С. Если подобное ядро летит с той же скоростью, имея температуру 100 °С, то их механические энергии на одной высоте одинаковы, а внутренняя энергия больше у первого ядра.
Необходимо обратить внимание учащихся на отличие внутренней энергии от механической энергии тел. Механическая энергия зависит от скорости движения и массы тела, а также от расположения данного тела относительно других тел. Внутренняя же энергия не зависит от скорости движения тела в целом. Она определяется скоростью движения частиц, из которых состоит тело, и их взаимным расположением.
Для описания энергетических превращений используют закон сохранения энергии. Он определяет соответствие между изменением механической и внутренней энергии.
Полная энергия, равная сумме механической и внутренней энергии, остается постоянной при всех взаимодействиях.
С другой стороны, этот закон подчеркивает тот факт, что какой-либо вид энергии сам по себе не появляется и не исчезает бесследно. Всегда один вид энергии переходит в другой в равных количествах. Закон сохранения полной энергии был открыт Робертом Майером.
IV. Закрепление изученного
В заключение можно задать ученикам несколько вопросов о цепи превращения одних видов энергии в другие при взаимодействии тел.
-
- Какое движение называют тепловым?
- Что понимают под внутренней энергией?
- В чем различие между механической и внутренней энергией?
- Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии?
- Можно ли увеличить внутреннюю энергию тела, не изменяя,характера движения молекул?
- Какие преобразования энергии происходят при падении теннисного мяча на пол?
- Какие превращения энергии происходят при обработке напильником металлической заготовки?
Если класс хорошо подготовлен, можно задать учащимся и более сложные вопросы:
- Верно ли утверждение: при теплообмене энергия всегда передается от тел с большей внутренней энергией к телам с меньшей внутренней энергией?
- По озеру на большой скорости плывет катер. Изменяется ли при этом внутренняя энергия катера, воды в озере? Как? Почему? Объясните.
Домашнее задание
- § 2 учебника; вопросы и задания к параграфу.
Просмотр содержимого документа
«Урок 2. Внутренняя энергия 8 класс»
Три года на камне посидишь, и камень нагреется.
Японская пословица.
Внутренняя энергия
Урок №2 в 8 классе
Подготовил: учитель физики
Пономарчук А.С.
МБОУ БГО СОШ №3
Молекулы обладают кинетической энергией, т.к. непрерывно
Молекулы обладают потенциальной энергией, т.к. взаимодействуют
движутся
друг с другом
Е к зависит от скорости движения молекул (температуры)
Е п зависит от расстояния между молекулами (агрегатного состояния вещества)
Внутренняя энергия тела
Е вн = Е п + Е к всех молекул тела
Запомни!!!
- Всякое тело обладает внутренней энергией, потому что состоит из молекул.
2. Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения тела относительно других тел.
3. Внутренняя энергия тела зависит от его агрегатного состояния и температуры.
Блок контроля
Вопрос №1. Чашку с горячим чаем переставили со стола на полку. Как при этом изменилась внутренняя энергия чая?
Ответ: Внутренняя энергия тела не изменилась, т.к. она не зависит от положения тела относительно других тел.
Блок контроля
Вопрос №2. Автомобиль в процессе движения изменил свою скорость с 36 км/ч на 90 км/ч. Как при этом изменилась его внутренняя энергия?
Ответ: Внутренняя энергия тела не изменилась, т.к. она не зависит от механического движения тела.
Блок контроля
Вопрос №3. Два одинаковых латунных шара упали с одной и той же высоты. Первый упал в глину, а второй, ударившись о камень, отскочил и был пойман рукой на некоторой высоте. Который из шариков больше изменил свою внутреннюю энергию?
Ответ: Первый. При падении механическая энергия превращается во внутреннюю. У второго шара только часть механической энергии превратилась во внутреннюю.
Домашнее задание
Интернет-ресурсы
Слайд 1 термометры http://heaclub.ru/tim/f714878937c40302d243f867127e6993/temperatura-dlya-virashivaniya-cvetnoi-kapusti.jpg
Молекула http://www.clipartdude.com/clip-arts/1324/nitrogen-in-tires-pros-and-cons-1324397.jpg
ученый https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=162e3387547aa9849011a86b46b554af&n=33&h=215&w=185
Слайд 2 молекулы http://foneyes.ru/img/picture/Apr/08/7e3d3ce275bbf3b7ddfb6beb6dfa07c8/7.jpg
Человечки молекулы https://ds04.infourok.ru/uploads/ex/06a7/00028b2e-ed826a01/img18.jpg
Слайд 3 http://44fzrf.ru/wp-content/uploads/2017/04/d9418f4aeb965495f7cac553a12095f6-1087x1178.jpg
молекулы http://foneyes.ru/img/picture/Apr/08/7e3d3ce275bbf3b7ddfb6beb6dfa07c8/7.jpg
Слайд 4-6 вопрос http://v-garmonii-s-soboi.ru/wp-content/uploads/2014/07/pochemu2.jpg
Слайд 4 Чашка http://www.niceimage.ru/pic/201305/2560x1600/niceimage.ru-37467.jpg
Слайд 5 автомобиль http://www.setwalls.ru/download.php?file=201304/1440x900/setwalls.ru-14418.jpg
Слайд 7 http://timewithnatalie.com/wp-content/uploads/2014/01/Character106.jpg